Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/01/2016
Os elétrons foram controlados dentro do material monocamada por
campos elétricos e magnéticos aplicados externamente. [Imagem: L. J. Li et al.
- 10.1038/nature16175]
Físicos desenvolveram uma forma de usar campos
elétricos e magnéticos externos para controlar elétrons de forma seletiva no
interior de materiais com espessura atômica.
Embora toda a
tecnologia moderna, dos motores e lâmpadas aos computadores, funcione com base
na eletricidade, aproveitando o fluxo de elétrons, manipular elétrons
individualmente é outra história - com tantas outras possibilidades de
aplicações.
“Os elétrons não são só pequenos e rápidos,
eles naturalmente se repelem devido à sua carga elétrica. Eles obedecem às
estranhas leis da física quântica, tornando-se difícil controlar seu movimento
diretamente,” explica o físico brasileiro Antônio Hélio de Castro Neto,
atualmente na Universidade Nacional de
Cingapura.
Dopagem química
Hoje, para controlar
o comportamento dos elétrons, os materiais semicondutores necessitam de uma
dopagem química, onde pequenas quantidades de outro material são incorporadas
para liberar ou para absorver elétrons, criando uma mudança na concentração de
elétrons que pode ser usada para dirigir correntes elétricas - é como se
"gotas" de elétrons fossem usadas para controlar "rios" de
elétrons.
Ocorre que a dopagem
química tem limitações quando não se trata mais de lidar com rios, ou mesmo
enxurradas de elétrons, mas apenas com alguns deles, como é necessário nas
pesquisas de supercondutores, computação quântica ou mesmo em experimentos de
física fundamental.
Isso porque a dopagem
gera mudanças químicas irreversíveis no material que está sendo estudado. Além
dos átomos dopantes perturbarem a ordem natural do material original - sua
estrutura cristalina -, eles geralmente mascaram importantes estados
eletrônicos do material puro.
Hoje já se sabe, por
exemplo, que até mesmo a adição de um único átomo a outro material pode mudar
dramaticamente suas propriedades, o que tem sido visto como uma grande
oportunidade de abertura de novas fronteiras tecnológicas.
O experimento chamou a atenção da comunidade ao gerar
supercondutividade de forma controlada e reversível. [Imagem: L. J. Li et al. -
10.1038/nature16175]
Gerando supercondutividade
A equipe conseguiu
replicar os efeitos da dopagem utilizando apenas campos elétricos e magnéticos
externos aplicados a um material monoatômico, o disseleneto de titânio (TiSe2),
incorporado em uma amostra de nitreto de boro (hBN).
O controle do
comportamento dos elétrons foi feito com precisão e de forma reversível,
permitindo que os físicos executassem medições que até agora eram estritamente
teóricas.
A finura dos dois
materiais é crucial para o efeito ao confinar os elétrons dentro de uma camada
bidimensional, onde os campos elétricos e magnéticos apresentam um efeito forte
e uniforme.
“Em particular, nós conseguimos levar o
material a um estado de supercondutividade, no qual os elétrons se movem
através do material sem qualquer perda de calor ou energia,” disse o
professor Castro Neto.
Como são atomicamente
finos, os materiais supercondutores bidimensionais podem ter vantagens em
relação aos supercondutores tradicionais em aplicações como equipamentos
médicos de ressonância magnética (MRI) menores e até portáteis.
Bibliografia:
Controlling many-body states
by the electric-field effect in a two-dimensional material. L. J. Li, E. C. T. O Farrell, K. P. Loh, G. Eda, B. Özyilmaz, A.
H. Castro Neto. Nature.
Vol.: Published online. DOI: 10.1038/nature16175.
