O grafeno, uma estrutura finíssima de carbono com apenas um átomo de espessura, surpreendeu pesquisadores da Universidade da Califórnia Berkeley recentemente. Uma nova propriedade deste material foi observada quando um experimento estava em andamento: a criação de um campo pseudomagnético, de longe o mais forte jamais conseguido em laboratório. A descoberta poderá ser usada em futuros dispositivos eletrônicos.
© Universidade da Califórnia Berkeley (nanotubos de grafeno)
Os físicos descobriram que quando o grafeno é esticado para formar nanotubos em um substrato de platina, os elétrons se comportam de forma estranha, como se estivessem se movimentando em um campo magnético forte. “Este é um fenômeno físico completamente novo nunca visto em nenhum sistema de matéria condensada”, disse o professor e líder da equipe Michael Crommie da Divisão de Ciências de Materiais do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia dos EUA.
Apesar de muitos materiais já terem sidos testados em campos magnéticos para determinar como seus elétrons se comportam, o máximo de força destes campos conseguida em laboratório até hoje é de 85 T (tesla) e com duração de apenas milésimos de segundos. Quando campos magnéticos mais fortes são criados, os ímãs se afastam um do outro.
A capacidade de fazer com que os elétrons se comportem como se estivessem em um campo magnético de 300 teslas ou mais, apenas esticando o grafeno, oferece uma nova janela para uma gama de aplicações importantes e descobertas científicas fundamentais. Isto só é possível com o comportamento de elétrons do grafeno, um material diferente de qualquer outro já observado. Para fins comparativos, um aparelho de ressonância magnética comum, capaz de atrair objetos metálicos volumosos, cria um campo de apenas 3 teslas. Bobinas de campo eletromagnético pulsado conseguem criar campos de até 100 teslas, mas apenas por frações de segundo, sob o risco de explodirem.
A ideia de que uma deformação de grafeno poderia levar ao aparecimento de um campo pseudomagnético apareceu primeiro quando folhas de grafeno foram isoladas, em um contexto de nanotubos de grafeno.
O grupo de pesquisa de Crommie usou um microscópio de tunelamento de varredura para estudar monocamadas de grafeno crescendo em um substrato de platina. A platina possui um arranjo triangular de átomos e se encolhe mais do que o grafeno quando é resfriada. Dessa forma, a platina acaba puxando o grafeno em três direções diferentes, fazendo com que a molécula se enrugue e forme bolhas tetraédricas minúsculas, de 4 a 10 nanômetros de largura na base e alguns nanômetros de altura. O microscópio de tunelamento funciona usando uma sondagem de agulhas afiadas que passam ao longo da superfície de um material para medir as variações diminutas de mudanças na corrente elétrica, revelando a densidade de estados eletrônicos em cada ponto da varredura, enquanto constrói uma imagem da superfície.
Na mecânica quântica, as órbitas de elétrons se tornam quantificáveis e exibem níveis discretos de energia. Estes níveis são chamados de níveis de Landau e correspondem a energias onde interferências ocorrem em uma função quântica de onda de elétrons orbitando. O número de elétrons ocupando cada nível de Landau depende da força do campo; quanto maior é o campo, maior é a energia de espaçamento entre os níveis de Landau, e os estados eletrônicos se tornam mais densos em cada nível. A força do campo é uma característica chave dos campos pseudomagnéticos previstos no grafeno.
A densidade maior dos estados eletrônicos revelada pela espectroscopia de tunelamento de varredura, que correspondia aos níveis de Landau, em alguns casos indicaram campos pseudomagnéticos gigantes acima de 300 teslas.
Fonte: Science
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