Mais uma vez o grafeno justifica sua denominação: "material maravilha". Uma descoberta fortuita, feita na Universidade da Califórnia - Berkeley poderia, de fato, conduzir à emergência de uma área já batizada como "straintronics". Durante esse tempo, na Universidade Rice, os pesquisadores estudam um material conhecido pelo nome "grafeno branco". Estas duas novidades apontam na mesma direção: a utilização do grafeno como material de base para substituir o silício na eletrônica de amanhã.


Straintronics, uma nova área da eletrônica.

Os pesquisadores da equipe de Michael Crommie, na Universidade de Califórnia - Berkeley e Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, fizeram crescer folhas de grafeno sobre substratos de platina à alta temperatura. O grafeno e a platina não têm a mesma estrutura cristalina e esta tem tendência a se contrair mais que o grafeno, quando do resfriamento. As contrações ocasionadas produzem dobras nas camadas de grafeno, ocasionando o aparecimento de "nanobolhas" de alguns nanômetros de diâmetro e de 2 nm de altura.

Analisando as propriedades de tais nanobolhas de grafeno, os pesquisadores se deram conta de que os elétrons estavam confinados, como se estivessem submetidos a um campo magnético intenso, experimentalmente inacessível com as técnicas atuais. Estas propriedades são devidas à deformação da estrutura hexagonal do grafeno, imposta pelas tensões - "strain", em inglês - aplicadas na folha. Este efeito das restrições, chamado pseudoefeito Hall quântico, tinha sido considerado, teoricamente, a menos de um ano, por um grupo de pesquisa do qual fazia parte Andre Geim, primeiro pesquisador a ter isolado o grafeno em 2004. A observação do fenômeno ultrapassou as expectativas dos teóricos.

A estrutura do grafeno permite que os elétrons se movam rapidamente, fato que faz dele um material interessante para aplicações em eletrônica. Não obstante, é preciso também ser capaz de controlar seus deslocamentos, caso se queira poder criar componentes à base de grafeno. As nanobolhas descobertas oferecem essa possibilidade. A "straintronics" tem por objetivo, portanto, compreender as ligações entre as restrições aplicadas à folha de grafeno e as propriedades eletrônicas das estruturas de nanobolhas que daí resultam (localização dos elétrons, níveis de energia discretos sobre os quais eles se posicionam). Por outro lado, tais estruturas permitem estudar o comportamento do elétron submetido a campos magnéticos intensos.


O grafeno branco

Pesquisadores da Universidade de Rice fizeram progressos na produção de folhas de nitreto de boro hexagonal (h-BN). Conseguiram sintetizar grandes folhas transpostas de um substrato a outro, permitindo manipulá-las facilmente. O h-BN possui a mesma estrutura cristalina que o grafeno, com a particularidade suplementar de ter um parâmetro de retículo quase idêntico. A diferença principal entre os dois está no fato de que o h-BN é um isolante muito bom, enquanto o grafeno é um excelente condutor.

Modelo estrutural de uma camada híbrida h-BN e grafeno.

Créditos: Li Song e Lijie Ci /Rice University.

O domínio da fabricação de folhas de h-BN pode levar ao desenvolvimento da eletrônica à base de grafeno. Para fabricar componentes eletrônicos, é necessário valer-se de materiais condutores, mas também de materiais isolantes. As folhas de h-BN são, então, os candidatos perfeitos para complementar as folhas de grafeno.

Os pesquisadores da equipe do Professor Ajayan já haviam mostrado há alguns meses ser possível fabricar folhas mistas, incluindo ilhas de h-BN em uma camada de grafeno. Em função da quantidade de nitreto de boro incluído, do tamanho das ilhas e de sua distribuição no grafeno é possível fazer variar as propriedades eletrônicas da folha de condutor a isolante, passando por estados semicondutores. Contudo, o domínio desses parâmetros quando da síntese das folhas mistas, atualmente ainda não se verifica.

Imagem ao microscópio eletrônico de transmissão da borda de uma estrutura h-BNC revelando três camadas de BCN.

Créditos: Li Song e Lijie Ci /Rice University.

"O h-BN pode permitir abrir caminho para a fabricação de transistores à base de grafeno. Ou ainda, empilhando camadas de grafeno/h-BN é possível, sem dúvida, fabricar nanocondensadores", explica o Professor Ajayan. O conjunto de compostos que nascem da mistura do boro, nitrogênio e do carbono pode apresentar propriedades eletrônicas interessantes. Poucas possibilidades foram exploradas até o momento.

O nitreto de boro hexagonal possui a mesma estrutura cristalina que o grafite: um empilhamento de folhas constituído de células hexagonais. Sua cor, em compensação, é diferente e é isso que lhe dá o apelido de "grafite branco". Por analogia com o material sólido, embora sejam muito finos para apresentar quaisquer propriedades ópticas em si, os pesquisadores batizaram como "grafeno branco" as folhas de nitrato de boro hexagonal isoladas.


A eletrônica do futuro

O isolamento do grafeno em 2004 fez com que nascessem grandes esperanças na área da eletrônica. As técnicas de litografia sobre silício atingem seus limites físicos e logo não será mais possível reduzir o tamanho dos transistores fabricados com as mesmas.

Os trabalhos aqui apresentados contribuem para a pesquisa de materiais alternativos, permitindo ainda miniaturizar os componentes eletrônicos, pela utilização do "material das maravilhas" desse início do século XXI: o grafeno. O caminho ainda é longo antes do desenvolvimento industrial de circuitos à base de grafeno. Neste momento, prosseguem os trabalhos exploratórios nos laboratórios de pesquisa. Mas a pressão e os investimentos nessa área e em volta do grafeno são de tal sorte consequentes que os avanços poderão ser grandemente acelerados.

BE-SU (Tradução - MIA).

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