"A questão é: Como você funde estes dois materiais?", diz Yap. A chave está em maximizar suas estruturas químicas e explorar as suas características incompatíveis.


Ajustes em nanoescala

Grafeno é uma folha de átomos de carbono com a espessura de um átomo.Os nanotubos são como canudos feitos de boro e nitrogênio. Yap e sua equipe esfoliaram o grafeno e modificaram sua superfície com pequenos furos. Em seguida, cresceram os nanotubos sobre e através dos furos. Engrenados desta maneira, o material parece uma casca brotando de forma irregular.

"Quando colocamos estes dois aliens juntos, nós criamos algo melhor", diz Yap, explicando que é importante que os materiais tenham band gaps desiguais, ou diferenças na quantidade de energia necessária para excitar um elétron no material. "Quando nós os colocamos juntos, você forma uma incompatibilidade de band gaps – que cria a chamada "barreira de potencial" que pára os elétrons."

A incompatibilidade de band gaps resulta da estrutura desses materiais: as folhas planas de grafeno conduzem eletricidade rapidamente, e a estrutura atômica nos nanotubos pára as correntes elétricas. Esta disparidade cria uma barreira, causada pela diferença no movimento dos elétrons pois as correntes se movem perto e fora dos nanotubos de nitreto de boro em forma de cabelo. Estes pontos de contato entre os materiais - chamados heterojunções – tornam os interruptores digitais possíveis.

"Imagine que os elétrons são como carros que estão sendo conduzidos em uma pista lisa", diz Yap. "Eles circulam por aqui e por lá, mas, em seguida, eles encontram uma barreira e são forçados a parar."

Yap e seu grupo de pesquisa mostraram também que, a taxa de interrupção é elevada porque estes materiais são muito eficazes em conduzir ou interromper a eletricidade, respectivamente. Em outras palavras, a rapidez com que estes materiais podem ligar e desligar é maior em várias ordens de grandeza do que os interruptores de grafeno atuais. Por sua vez, esta velocidade poderia, eventualmente, acelerar o ritmo da eletrônica e da computação.


Resolvendo o dilema dos semicondutores

Segundo Yap, dentro da perspectiva de um dia chegarmos a computadores mais rápidos e menores, este estudo é uma continuação da pesquisa que visa construir transistores sem semicondutores. Um dos problemas dos semicondutores, como o silício, é que emitem uma grande quantidade de calor. Por outro lado, o uso de grafeno e nanotubos superam esse problema. Além disso, o grafeno e os nanotubos de nitreto de boro têm o mesmo padrão de arranjo atômico. Com os seus átomos alinhados, os interruptores digitais grafeno-nanotubos poderiam evitar problemas de espalhamento de elétrons.

"Você quer controlar a direção dos elétrons," explica Yap, comparando o desafio a uma máquina de fliperama, que pega os elétrons como numa armadilha, desacelera ou redireciona elétrons. "Isto é difícil em ambientes de alta velocidade, pois o espalhamento de elétrons reduz o número e a velocidade dos elétrons."

Como um entusiasta de fliperamas, Yap diz que ele e seu grupo vão continuar tentando encontrar maneiras mais inteligentes de "controlar" o grafeno minimizando, assim, o espalhamento dos elétrons.

Allison Mills, Michigan Technological University (Tradução - ACM).


Nota do Scientific Editor - O artigo que originou esta notícia de título: "Switching Behaviors of Graphene-Boron Nitride Nanotube Heterojunctions", de Vyom Parashar, Corentin P. Durand, Boyi Hao, Rodrigo G. Amorim, Ravindra Pandey, Bishnu Tiwari, Dongyan Zhang, Yang Liu, An-Ping Li and Yoke Khin Yap, foi publicado no periódico Scientific Reports, volume 5, Article number 12238, 2015, DOI: 10.1038/srep12238.


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