Um conjunto empilhado e torcido de folhas de grafeno leva a uma forma rara de magnetismo, na qual os elétrons nas pilhas giram em uníssono. (Crédito da imagem: Universidade de Columbia)
Coisas estranhas acontecem quando você empilha e torce o grafeno.
O grafeno, um dos materiais mais fortes do mundo, normalmente não é magnético. Mas quando empilhado e torcido, o grafeno desenvolve uma forma rara de magnetismo , segundo uma nova pesquisa.
O campo magnético não é criado pelo giro normal dos elétrons dentro das camadas individuais de grafeno, mas surge do turbilhão coletivo de elétrons em todas as três camadas da estrutura empilhada do grafeno, relataram pesquisadores em 12 de outubro na revista Nature . Física .
O grafeno é um material feito de uma única camada (ou monocamada) de átomos de carbono dispostos em um padrão de favo de mel. É incrivelmente leve e forte (embora seja vulnerável a rachaduras). Ele também conduz eletricidade, tornando-o interessante para uso em eletrônicos e sensores.
“Nós nos perguntamos o que aconteceria se combinássemos monocamadas e bicamadas de grafeno em um sistema torcido de três camadas”, disse Cory Dean, físico da Universidade de Columbia em Nova York e um dos autores seniores do novo artigo, em um comunicado . “Descobrimos que a variação do número de camadas de grafeno confere a esses materiais compósitos algumas propriedades novas e interessantes que não haviam sido vistas antes.”
Dean e seus colegas empilharam duas camadas de grafeno e depois adicionaram uma única camada no topo, girando a pilha em 1 grau. Eles então estudaram esse sanduíche de grafeno em diversas circunstâncias, incluindo temperaturas logo acima do zero absoluto (o ponto em que todo o movimento molecular para). Nessas baixas temperaturas, eles descobriram que o grafeno parou de conduzir eletricidade e se tornou um isolante.
Eles também descobriram que poderiam controlar as propriedades da pilha sinuosa de grafeno aplicando um campo elétrico . Quando o campo elétrico era orientado em uma direção, o sistema agia como uma camada dupla torcida de grafeno. Quando inverteram o campo, a pilha assumiu as propriedades de uma estrutura torcida de grafeno de quatro camadas.
Talvez o mais estranho de tudo tenha sido o raro magnetismo que apareceu na estrutura de três camadas. Um estudo publicado por outro grupo na revista Advanced Materials descobriu que o grafeno ligado ao nitreto de boro pode dar origem a um campo magnético estranho; esse campo surgiu das ligações moleculares do carbono no grafeno e do boro no nitreto de boro. A nova pesquisa revela que esse mesmo tipo de magnetismo pode ocorrer apenas no grafeno puro, simplesmente por causa das interações entre as moléculas de carbono.
“O carbono puro não é magnético”, disse o coautor do estudo Matthew Yankowitz, físico da Universidade de Washington em Seattle, no comunicado. “Notavelmente, podemos projetar essa propriedade organizando nossas três folhas de grafeno nos ângulos de torção corretos.”
A estrutura também contém regiões onde as propriedades não são perturbadas pela torção da camada. Essas áreas únicas do material poderiam ser exploradas para armazenamento de dados ou aplicações de computação quântica, disse o coautor do estudo Xiaodong Xu, também da Universidade de Washington, no comunicado.
Os pesquisadores planejam agora aprofundar-se nas propriedades fundamentais da estrutura do grafeno. “Este é realmente apenas o começo”, disse Yankowitz.
Publicado originalmente no Live Science