Desde que o grafeno pode se materializar fora dos estudos teóricos, não falta quem tente uma forma de utilizar esse material impressionante na produção de componentes eletrônicos. Não obstante, algumas limitações técnicas ainda impedem que o material ocupe o lugar do silício como pedra fundamental da indústria. Tal impasse fez com que uma brasileira partisse em busca de um “Santo Graal da Ciência dos Materiais”; e a empreitada parece ter dado certo.

Juntamente com seus colegas da Universidade de Utrecht, a professora Cristiane Morais Smith publicou recentemente na revista Nature um estudo que trata de um material derivado do telúrio e do mercúrio que alia a condição única das qualidades eletrônicas excepcionais do grafeno a propriedades importantes que o derivado do carbono não possui.

Não obstante, a conquista ainda é apenas teórica. “Caso nós consigamos sintetizar esse ‘Santo Graal’ e ele exiba as propriedades previstas na teoria, um novo campo de pesquisa e aplicações que nós nem podemos imaginar pode se abrir”, disse Smith no referido trabalho.

Nanocristais de mercúrio e telúrio

Em vez de se basear em átomos de carbono, como o grafeno, a criação da professora Smith e sua equipe é baseada em nanocristais de mercúrio e telúrio — embora também compartilhe do design que lembra um favo de mel. A grande diferença, entretanto, é que o “Cálice Sagrado” apresenta propriedades de semicondutor em temperatura ambiente, enquanto que o grafeno permanece como um condutor.

Basicamente, isso torna a estrutura hipotética da equipe particularmente interessante como um substituto em potencial para o silício (também um semicondutor) na produção de componentes eletrônicos. Ademais, o composto também atende às condições primárias para a realização da chamada spintrônica quântica, já que é capaz de abrigar o efeito Hall de spin também em temperatura ambiente. Vale olhar isso mais de perto.

Transporte de spins em vez de cargas

O grafeno foi produzido pela primeira vez em 2003, tendo sido o primeiro material descoberto no qual os elétrons podem se movimentar como se não possuíssem massa — algo diretamente ligado ao design em forma de favo de mel formado por átomos de carbono. Entretanto, a despeito de suas propriedades “miraculosas”, o grafeno não pode realizar o chamado efeito Hall de Spin, nem mesmo em baixas temperaturas.

O referido efeito descreve, em linhas gerais, a possibilidade de criar uma diferença de potencial dentro de um corpo com base apenas no “spin” (momento angular, uma grandeza associada à rotação e à translação de um corpo) do elétron, de tal forma que elétrons com mesmo spin se agrupariam em extremidades opostas. Por não necessitarem de campos magnéticos externos para atuar, as correntes de spins representam um dos horizontes buscados pela ciência da computação.

O experimento deve ser possível em breve

A despeito do “Santo Graal”, entretanto, o efeito Hall de spin, idealizado em 1971, foi realizado em 2006 em prática conduzida pelo professor Laurens Molenkamp, da Universidade de Würzburg. Molenkamp e sua equipe conseguiram produzir o efeito utilizando mercúrio e cádmio em baixa temperatura — experimento que motivou a equipe da Dra. Morais Smith na produção de seu próprio “favo de mel” quântico.

“Entretanto, neste momento, o professor Laurens Molenkamp é o único especialista no mundo que trabalha com mercúrio e telúrio”, diz a professora. “Dessa forma, nós estamos muito felizes por ele estar bastante interessado em sintetizar as estruturas em favo de mel que nós projetamos.”

Embora ainda seja impossível colocar em teste a maravilha do “Santo Graal”, Smith acredita que a tecnologia para tanto não deve tardar. “Embora ainda não seja possível realizá-la experimentalmente, [o professor Laurens Molenkamp] espera que a tecnologia necessária esteja disponível em pouco tempo, considerando-se os desenvolvimentos que estão em andamento em seu laboratório neste momento.”

Inovações “além da nossa imaginação”

Caso a experiência resulte em sucesso, entretanto, o céu deve ser o limite. “Se nós conseguirmos sintetizar [o material] e ele, de fato, exibir a tal combinação única de propriedades exóticas em temperatura ambiente, conforme previsto, um campo de pesquisas fundamentais e de inovações tecnológicas deve se abrir para além da nossa imaginação”, diz a Dra. Smith.

De fato, a chamada “spintrônica” tem sido apregoada como a tecnologia que pode dar o próximo passo na aceleração de computadores e também da internet. Trata-se de substituir a corrente elétrica por uma corrente de spins — as quais podem interagir com nanoimãs, alavancando a criação de novas memórias ultrarrápidas. Bem, isso e o que mais houver além da nossa imaginação.

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