Fio metlico mais fino possvel ser feito de carbono e cobre

Nanotecnologia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 14/06/2024

Fio metlico mais fino possvel

Usando simulaes computacionais baseadas em primeiros princpios, cientistas descobriram qual pode ser o fio metlico mais fino possvel.

Como bnus adicional, eles identificaram diversos outros materiais unidimensionais com propriedades que podem ser interessantes para diversas aplicaes.

Materiais unidimensionais (ou 1-D) so um dos produtos mais intrigantes da nanotecnologia, formados por tomos alinhados na forma de fios ou de tubos. Suas propriedades eltricas, magnticas e pticas os tornam excelentes candidatos para aplicaes que vo desde a microeletrnica at biossensores e catlise.

Embora os nanotubos de carbono sejam os materiais 1-D que tm recebido a maior ateno at agora, tem sido muito difcil fabric-los de modo controlado, por isso tem havido uma busca intensa por outros compostos que possam ser usados para criar nanofios e nanotubos com propriedades igualmente interessantes, mas mais fceis de lidar.

Nesse esforo, Chiara Cignarella e seus colegas da Escola Politcnica Federal de Lausanne (EPFL), na Sua, voltaram-se para as simulaes computadorizadas para decompor em seus elementos bsicos diversos cristais tridimensionais conhecidos, procurando aqueles que, com base em suas propriedades estruturais e eletrnicas, poderiam ser facilmente “esfoliados”, essencialmente removendo deles uma estrutura 1-D estvel – lembre-se que o grafeno, que 2-D, nasceu como uma folha de grafite esfoliada usando uma fita adesiva.

Estes foram os 14 melhores candidatos selecionados dos bancos de dados cientficos.
[Imagem: Chiara Cignarella et al. – 10.1021/acsnano.3c12802]

Encontrando materiais 1-D

Os pesquisadores partiram de uma coleo de mais de 780 mil cristais descritos em bancos de dados, selecionando aqueles mantidos coesos por foras de van der Waals, o tipo de interao fraca que acontece quando os tomos esto prximos o suficiente para que seus eltrons se sobreponham.

A seguir, eles aplicaram um algoritmo que considerava a organizao espacial dos tomos de cada cristal, procurando aqueles que incorporavam estruturas semelhantes a fios, e calcularam quanta energia seria necessria para separar essa estrutura 1-D do resto do cristal. “Procurvamos especificamente fios metlicos, que supostamente seriam difceis de encontrar porque os metais 1-D, em princpio, no deveriam ser suficientemente estveis para permitir a esfoliao,” justificou Cignarella.

O programa gerou uma lista de 800 materiais 1-D, dos quais foram selecionados os 14 melhores candidatos que ainda no foram sintetizados na forma de fios reais, mas que as simulaes sugerem como viveis. Para esse grupo finalista, a equipe ento fez os clculos de suas propriedades com mais detalhes, para verificar quo estveis eles seriam e qual comportamento eletrnico se deveria esperar deles.

Quatro materiais – dois metais e dois semimetais – destacaram-se como os mais interessantes. Entre eles est o fio metlico CuC₂, uma cadeia retilnea composta por sequncias de dois tomos de carbono e um tomo de cobre, o nanofio metlico mais fino e estvel a 0 K encontrado at agora. ” realmente interessante porque no se esperaria que um fio real de tomos ao longo de uma nica linha fosse estvel na fase metlica,” disse Cignarella.

Estes so os outros materiais 1-D mais promissores encontrados pela equipe. De cima para baixo, Ag₂Se₂, Sb₂Te₂ e TaSe₃.
[Imagem: Chiara Cignarella et al. – 10.1021/acsnano.3c12802]

Outros nanomateriais interessantes

A equipe tambm j descobriu que o nanofio metlico poder ser esfoliado a partir de trs cristais diferentes, todos conhecidos em experimentos (NaCuC₂, KCuC₂ e RbCuC₂). Essa esfoliao dever requerer pouca energia, e a cadeia poder ser dobrada preservando suas propriedades metlicas, o que torna o nanofio interessante para fabricar componentes para a eletrnica flexvel.

Outros resultados interessantes incluem o semimetal Sb₂Te₂, cujas propriedades permitiro o estudo de um estado extico da matria previsto h 50 anos, mas nunca observado, formando materiais chamados isolantes excitnicos, um daqueles raros casos em que fenmenos qunticos se tornam visveis em escala macroscpica.

Tambm emergiram o Ag₂Se₂, outro semimetal, e o TaSe₃, um composto conhecido e o nico que j foi esfoliado em experimentos na forma de nanofio, e que os cientistas usaram como referncia.

O plano agora agregar experimentalistas equipe, para sintetizar os diversos materiais e confirmar suas propriedades, alm de aprimorar as simulaes para ver como os nanofios metlicos e semimetlicos transportam as cargas eltricas e como se comportam em diferentes temperaturas. As duas coisas sero fundamentais para entender como eles funcionariam em aplicaes do mundo real.

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