O grafeno é uma forma de carbono que consiste em uma única camada de átomos organizados em uma estrutura bidimensional de hexágonos. Ele é um dos materiais mais finos e leves já conhecidos, com átomos dispostos em uma única camada plana. O grafeno apresenta propriedades promissoras, como alta condutividade elétrica e térmica, resistência mecânica, transparência, levitação magnética e mais.
Essas características únicas tornam o grafeno extremamente versátil e com alto potencial para uma variedade de aplicações, incluindo eletrônicos avançados, materiais compósitos, sensores, supercondutores, baterias e até mesmo na medicina. Sua descoberta gerou grande interesse na pesquisa científica e na indústria, devido à possibilidade para revolucionar várias áreas tecnológicas.
Nesse contexto, cientistas do Instituto de Tecnologia da Geórgia, em Atlanta (EUA), fizeram um semicondutor inovador usando grafeno. Essa tecnologia pode ser um modelo para criar chips de computadores normais e computadores quânticos no futuro.
Supercondutividade à temperatura ambiente
A grafite revelou-se promissora em uma variante sintética conhecida como grafite pirolítica altamente orientada. Nessa configuração, os cristalitos formados por átomos de carbono apresentam alinhamento entre si, gerando ângulos extremamente reduzidos.
Sob a liderança do professor Yakov Kopelevich, a equipe de pesquisadores da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), no Brasil, adotou uma abordagem inovadora.
Eles utilizaram fita adesiva para subdividir essa grafite especial em folhas finas, cada uma revestida por densos conjuntos de rugas dispostas em linhas quase paralelas. Foi precisamente essa geometria de rugas que possibilitou o emparelhamento de elétrons em estruturas favoráveis para o fluxo de correntes supercondutoras.
De acordo com os pesquisadores, o processo que resulta na supercondutividade ao longo desses “defeitos unidimensionais” é atribuído à eficaz topologia.
O fenômeno propicia a interação entre essas partículas, levando-as a se unirem em uma entidade singular que mantém a supercondutividade em uma temperatura aproximada de 27 °C.
Grafeno epitaxial
O grafeno epitaxial refere-se a uma técnica de crescimento controlado de camadas monoatômicas de grafeno em um substrato adequado. A epitaxia é um processo em que os átomos de grafeno são depositados ou “crescem” sobre uma superfície de cristal substrato de maneira ordenada, seguindo a estrutura cristalina do substrato.
O termo “epitaxial” é derivado da palavra grega “epi” (sobre) e “taxis” (ordem), indicando a formação ordenada de uma camada sobre outra.
Desse modo, o grafeno epitaxial é geralmente produzido usando métodos de deposição química de vapor (CVD, do inglês Chemical Vapor Deposition) ou métodos similares, nos quais os átomos de carbono são depositados sobre a superfície do substrato, permitindo o crescimento controlado do grafeno.
Essa abordagem é importante para aplicações específicas, como na fabricação de dispositivos eletrônicos, onde a orientação e qualidade são cruciais para obter propriedades desejadas.
Portanto, a produção de grafeno epitaxial pode contribuir para o desenvolvimento de tecnologias avançadas e dispositivos eletrônicos de alta performance.
Primeiro semicondutor de grafeno do mundo
Para além da descoberta, os pesquisadores do Georgia Tech conseguiram desenvolver o primeiro semicondutor funcional do mundo feito de grafeno epitaxial, “que é uma camada única que cresce na face cristalina do carboneto de silício”.
O grafeno, por sua natureza, não se configura naturalmente como um semicondutor ou metal; ao contrário, apresenta características de um semimetal. Diante dessa particularidade, foi essencial desenvolver um band gap, um material que pode ser ativado ou desativado mediante a passagem de um campo elétrico, semelhante ao funcionamento dos chips de silício.
A elevada mobilidade traduz-se em elétrons movendo-se com uma resistência extraordinariamente baixa, um fator que, no domínio da eletrônica, implica em um desempenho computacional mais veloz e eficiente, visto que, assim como os pesquisadores afirmaram, os semicondutores fundamentados em grafeno possuem potencial para desempenhar um papel significativo na computação quântica.
