O grafeno é um material inovador. Ele é uma das formas cristalinas do carbono, e pode ser tão revolucionário quanto o plástico e o silício.
Composto por uma folha de átomos de carbono que são densamente compactados em duas dimensões, ele é forte, leve, ótimo condutor de eletricidade e calor e seu manuseio vai permitir que ele seja usado em quase todos setores da indústria e também da medicina. Mas ele não é o único nano material a ser estudado. Os pesquisadores acabam de simular uma cadeia esticada, unidimensional (1D) de boro, prevendo que o material poderia ter propriedades ainda mais estranhas do que o grafeno.
Para ser claro, as cadeias de boro ainda não haviam sido criadas e até agora, esta pesquisa era puramente baseada em simulações computacionais do novo material. Ao que tudo indica, os cientistas estão no caminho certo: sintetizaram formas de um átomo de espessura de boro e alguns modelos de cadeias. Assim, os pesquisadores preveem que é apenas uma questão de tempo até que as cadeias unidimensionais de átomos de boro se tornem uma realidade também. Se for o caso, as simulações mostram que quando formas unidimensionais de boro são feitas, têm algumas propriedades incríveis.
Por exemplo, quando são esticadas, essas correntes metálicas se tornam semicondutoras antiferromagnéticas, significando que são um metal não magnético que pode conduzir eletricidade com resistência zero. E quando eles são liberados, dobram-se de volta em fitas de dois átomos de espessura. O material também é previsto para ter rigidez mecânica compatível com nano materiais de maior desempenho conhecidos pela Ciência.
Eles podem atuar como pequenas molas de força constante, um tipo de quebra de regras que exerce força constante sobre a sua amplitude de movimento sendo que a maioria das outras molas exerce mais força quanto mais estão esticadas. Embora este trabalho ainda seja teórico, não está muito longe da realidade. As simulações foram criadas por uma equipe da Rice University, nos Estados Unidos, especializada em simulações computacionais em nível atômico de materiais teóricos. O histórico da equipe é muito bom. Ela já previu e simulou o comportamento de filmes bidimensionais de boro chamado borofeno, que são semelhantes ao grafeno, bem como cadeias de átomos de carbono, e fulerenos de boro.
E todos esses materiais foram criados por laboratórios. “Nosso trabalho em carbyne e com boro plano nos fez pensar que uma cadeia 1D de átomos de boro também é uma estrutura possível e intrigante“, disse o pesquisador Boris Yakobson. “Queríamos saber se é estável e quais seriam as propriedades, os modernos métodos computacionais são impressionantes por que podemos fazer avaliações bastante realistas das estruturas não existentes“, completou.
Ao contrário do grafeno, que é bidimensional – é uma folha de um átomo de espessura de carbono – a estrutura de boro que a equipe da Universidade de Rice está simulando existe em apenas uma dimensão, por que é feita de uma cadeia de átomos individuais, ou uma fita de dois átomos. Em vez de serem duas estruturas separadas, a fita e a cadeia são na verdade duas fases bem definidas de boro 1D. Isso significa que, à medida que o boro 1D é esticado, ele transita de uma fita de dois átomos para uma cadeia de átomo único e, em seguida, transita novamente quando a pressão é liberada.
Você pode ver isso acontecendo na simulação abaixo de uma corrente de boro de 64 átomos, que é esticada até o ponto de ruptura:
“O boro é muito diferente do carbono. Ela prefere formar uma dupla fileira de átomos, como uma armadura usada na construção de pontes, o que parece ser o estado mais estável e de menor energia”, disse Yakobson. “Se você o puxar, ele começa a se desdobrar, os átomos cedem a este fio, e se você liberar a força, ele se dobra. Isso é muito divertido, estruturalmente, ao mesmo tempo, ele muda as propriedades eletrônicas”, acrescentou.
O que é legal é que cada uma das duas fases tem suas próprias habilidades únicas – a cadeia de átomo único é semicondutora, e a fita de dois átomos é um metal incrivelmente rígido resistente à deformação. “Isso faz com que seja uma combinação interessante: quando você esticar pela metade, pode ter uma porção de fita e uma porção de cadeia. Como um deles é de metal e o outro é um semicondutor, se torna unidimensional, chamado de junção de Schottky”, disse Yakobson.
Uma junção de Schottky é uma barreira aos elétrons na junção de um metal e de um semicondutor, e é usada geralmente como um diodo para controlar a corrente e permitir somente que flua em uma direção. A rotação dos átomos no material é intrigante também. Quando esticada na cadeia de um átomo, a direção dos átomos gira “para cima” ou “para baixo” alinhando em direções opostas, tornando-se antiferromagnética. Os pesquisadores estão atualmente muito interessados em materiais antiferromagnéticos, particularmente aqueles que também são bons condutores de eletricidade – para o desenvolvimento de spintrônica, que são dispositivos eletrônicos futuristas e de alto desempenho.
Não se sabe até agora se estas correntes do boro 1D poderiam existir – mas o fato que o material é predito para ter tantas propriedades incríveis significa que é provável que os cientistas farão seu melhor sobre isso. “Mesmo se eles nunca existirem, ainda são importantes, já que estamos investigando os limites da possibilidade, uma espécie de fronteira final“, disse Yakobson.
A pesquisa foi publicada no Journal of American Chemical Society.
[ Science Alert ] [ Fotos: Reprodução / Science Alert ]
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