Brasileira descobre material que pode substituir o silício e ser mais eficiente que o grafeno

Material combina propriedades de materiais semicondutores usuais com propriedades do grafeno

Uma pesquisadora brasileira, junto com seus colegas da universidade de Utrecht, na Holanda, teve seu estudo sobre um material que pode substituir o silício aceito pela revista Nature, que analisa as descobertas de cada trabalho antes de publicá-lo. O material em questão é derivado do telúrio e do mercúrio (telureto de mercúrio) e pode ser mais eficiente do que o grafeno para substituir o silício, componente básico para a criação do transistor, presente em processadores ou chips eletrônicos.

Cristiane Morais Smith, professora do instituto de física teórica, chama a descoberta de “Santo Graal dos materiais” por reunir características do grafeno, como a alta condutividade, bem como o chamado “gap”.  Ele é, ao mesmo tempo, isolante e condutor. Ou seja, esse material pode revolucionar a computação quântica, tornando essas máquinas ainda mais potentes.

Esse gap consiste em uma banda valores de energia proibidos para os elétrons. Isso permite que o material possa realizar o efeito Hall Quântico de spin, detalhado abaixo,  algo que o grafeno não pode fazer nem mesmo em baixas temperaturas. O novo material tem a capacidade de fazer isso em temperatura ambiente.

“Este material que nós propusemos combina as propriedades de materiais semicondutores usuais, como o silício, que é usado na nanotecnologia, com as propriedades do grafeno, que promete ser muito útil”, afirmou a profª. Cristiane, em entrevista a INFO. “Foi realmente uma grande surpresa, que um único material possa exibir todas estas propriedades, e isto simplesmente ao mudarmos a dopagem.”

Efeito de Hall

O efeito Hall Quântico de spin consiste na produção de uma diferença de voltagem em um condutor elétrico. No caso, a palavra spin refere-se à propensão que os elétrons têm de girar em torno núcleo e em sob o próprio eixo. O grafeno não possui característica de oferecer o acoplamento entre a órbita e o spin do elétron – algo que o novo material proposto tem. Para visualizar esse processo, pense no planeta Terra orbitando em torno do Sol e realizando o movimento de rotação ao mesmo tempo.

Condutor e isolante

“O acoplamento entre o spin e a direção de movimento faz com que o material seja isolante, mas na borda ele é metálico. Exemplos de material isolantes são o vidro, o plástico, a cerâmica. Exemplos de materiais metálicos são o cobre ou o níquel, para citar poucos. Estes novos materiais são as duas coisas ao mesmo tempo” declarou a profª. Cristiane.

A pesquisadora brasileira explica que o metal em questão é “muito especial”, por carregar valores quantizados de corrente. “Um metal normal pode carregar qualquer valor de corrente (não muito grande para não destruir o material, mas em geral não tem restrição). Estes materiais chamados isolantes topológicos carregam “pacotes” de corrente. A condutividade só pode ter valores múltiplos de um valor mínimo, que chamamos de “quantum” (unidade) de condutividade”, explica Cristiane.

Nesses materiais, os elétrons que rotacionam em sentido horário se movem em uma direção, enquanto os que giram no sentido anti-horário se movem na direção oposta, dessa forma, gerando uma corrente spin, conhecida como spintrônica, que substitui a eletrônica na computação quântica.

Em vez de usar 1 bit, os computadores quânticos utilizam um qubit, que, em termos práticos, equivale a dois bits e, portanto, tem quatro estados possíveis em vez de dois. Esse número é progressivo: dois bits podem ter quatro estados, enquanto 2 qubits podem ter oito. Nesta implementação, os qubits são obtidos a partir da spintrônica, identificando os valores zero, mais do que zero, um e mais do que um. Essa nova descoberta pode culminar em computadores quânticos mais potentes, uma vez que pode mudar como essas máquinas são feitas atualmente.

Parece grafeno, mas não é

Apesar de ser diferente do grafeno pelas características já citadas, o telureto de mercúrio se organiza de forma semelhante, em termos estruturais. Aparentemente, o material lembra um favo de mel, mas, em vez de átomos de carbono, há nanocristais de mercúrio e telúrio.

“O material que propusemos é muito interessante porque construímos uma super-rede como no grafeno, mas os constituintes individuals são semicondutores”, afirma Cristiane. “As aplicações estão além da nossa imaginação. Temos que deixar algo para os engenheiros, não é?”, disse Cristiane.