Se você leu alguma história sobre pesquisa quântica recentemente, no Columbia News ou em outro lugar, você pode ter ouvido o termo Materiais 2D ou bidimensionais.
Uma ilustração da estrutura atômica do grafeno, uma forma de carbono 2D ultraforte.
Em janeiro, os químicos da Columbia publicaram um estudo sobre o primeiro Férmion pesado 2D, uma classe de material com elétrons muito pesados. Em novembro, a escola de Engenharia publicou uma matéria sobre “Condução a laser de um material 2D.” E no início do ano passado, pesquisadores encontraram supercondutividade e ferroeletricidade no mesmo material 2D. A lista continua.
Então, o que são materiais 2D e por que os cientistas estão tão interessados?
Os materiais bidimensionais são exatamente o que parecem: materiais com apenas 1 ou 2 átomos de espessura, mas mais largos em todas as outras direções. Freqüentemente, os materiais 2D com os quais os cientistas trabalham têm alguns micrômetros quadrados de largura - invisíveis a olho nu, mas visíveis com o tipo de microscópio que você pode ter usado nas aulas de ciências do ensino médio. Os materiais 2D com os quais os cientistas estão trabalhando são uma mistura de materiais naturais, como o grafeno, uma forma de carbono ultraforte descoberta em Columbia em 2004, e materiais sintetizados em laboratórios, como CeSil, um cristal montado pela primeira vez em Columbia no ano passado. composto de cério, silício e iodo. Esses materiais geralmente começam tridimensionais, e os cientistas os reduzem a duas dimensões para realizar experimentos com eles e descobrir quais propriedades físicas, como supercondutividade or magnetismo, pode surgir quando os materiais são átomos planos. Os cientistas estão trabalhando no desenvolvimento de novas maneiras de criar materiais 2D do zero, sem a necessidade de retirá-los do 3D, mas a qualidade deles ainda é imperfeita.
Muitas coisas tornam os materiais 2D interessantes, mas a principal delas é que eles limitam as maneiras pelas quais partículas como os elétrons podem se mover dentro deles. Químico da Colômbia Xavier Roy usou uma analogia de tráfego para explicar:
“Pense assim: se tivéssemos carros voadores que pudessem viajar no espaço tridimensional, seríamos capazes de reduzir a maior parte do tráfego em Nova York. Mas como os nossos carros atuais só podem viajar em duas dimensões, acabamos por ter enormes engarrafamentos na Times Square”, disse Roy numa entrevista recente.
“A mesma coisa acontece com os elétrons quando passamos do 3D para o 2D, mas no nosso caso, o ‘tráfego’ entre os elétrons é benéfico! À medida que essas interações elétron-elétron se tornam mais fortes, podemos alterar completamente as propriedades de um material. Por exemplo, à medida que a espessura dos materiais férmions pesados 3D é reduzida (isto é, à medida que se tornam mais 2D), eles podem passar de magnéticos para supercondutores.”
Os materiais bidimensionais também podem ser ajustados com relativa facilidade: empilhá-los com pequenos ângulos entre as camadas, aplicar forças como campos elétricos e magnéticos e esticar os materiais torcendo-os ou aplicando-lhes pressão pode alterar suas propriedades. Tomemos apenas um exemplo: simplesmente empilhando duas folhas de um material chamado disseleneto de tungstênio uma sobre a outra, torcendo-as e adicionando ou removendo carga elétrica, o material pode mudar de um metal condutor de eletricidade para um isolante bloqueador de eletricidade e de volta.
Os cientistas também estão entusiasmados com os usos potenciais dos materiais 2D em tecnologia, que os cientistas costumam chamar de “aplicações”.
Os materiais bidimensionais provavelmente desempenharão um papel vital na próxima geração de eletrônicos, incluindo computadores quânticos ainda em desenvolvimento. Por que? Em grande parte, porque os materiais 2D são ultrapequenos, com propriedades únicas e controláveis (como a supercondutividade), e a tecnologia está sempre em busca de algo que possa alcançar resultados de forma mais rápida, mais eficiente e usando menos espaço.
Fonte: Universidade de Columbia
