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Novas pesquisas pioneiras realizadas pela Universidade de Exeter, podem abrir caminho para círcuitos ópticos miniturizados e aumentar as velocidades de internet, ajudando a acelerar a 'revolução do grafeno'.

Físicos da Universidade de Exeter em colaboração como o Instituto ICFO de Barcelona, usaram uma nova técnica para prender a luz na superfície do maravilhoso material grafeno, usando meramente pulsares de luz laser.

Crucialmente, a equipa de cientistas foi igualmente capaz de conduzir a luz presa através da superfície do grafeno, sem a necessidade de qualquer aparelho de escala nano. Este duplo avanço abre oportunidades para avanços em produtos electrónicos essenciais, como sensores e circuitos integrados miniaturizados.

A nova pesquisa é caracterizada na ultima edição on-line do respeitado jornal cientifico, Nature Physics.

Dr Tom Constant, autor do artigo e parte do Exeter's Physics e do Departamento de Astronomia disse: 'Esta nova pesquisa tem o potêncial de nos dar uma visão valiosa sobre um maravilhoso material e de como ele interage com a luz. A aplicação comercial mais imediata, poderia ser um dispositivo simples, que poderia facilmente digitalizar um pedaço de grafeno e dizer-lhe algumas propriedades importantes, como condutividade, resistência e pureza.'

Dr Constant e os seus colegas usaram pulsares de luz de modo a prender a luz, na superfície do grafeno existente comercialmente. Quando presa, a luz converte-se numa quasi-partícula denominada 'superfície plasmon', uma mistura de luz e electrões de grafeno.

Adicionalmente, a equipa demonstrou o primeiro exemplo da capacidade de guiar os plasmons na superfície de grafeno, sem a necessidade de manufacturar complicados sistemas numa escala nano. A capacidade, tanto de aprisionar a luz numa superfície, e direccioná-la facilmente, abre novas oportunidades para um número de aparelhos de base-electrónica, bem como servir de ponte entre a falha que há na relação entre electrónica e luz.

Termina o Dr. Constant: 'Computadores que possam usar luz como parte da sua infraestrutura têm o potêncial de mostrar um melhoramento significativo. Qualquer avanço que revele mais acerca da interacção da luz com electrónica baseada em grafeno, irá certamente beneficiar os computadores e smartphones do futuro.'

O grafeno tem sido geralmente descrito como uma estrutura bi-dimensional - um único nível de carbono feito numa estrutura regular - mas a realidade não é assim tão simples. De facto, o grafeno pode formar rugosidades que tornam a estrutura mais complicada, mas com potencial para ser integrada em aparelhos electrónicos. O grafeno pode também interagir com o substrato onde é colocado, tornando-o ainda mais complicado.

Em pesquisas publicadas na Nature Communications, cientistas descobriram agora que a ondulação no grafeno podem restringir o movimento de electrões a uma dimensão, formando um espécie de junta estrutural que muda de condutor a semicondutor, instantaneamente.

Além disso, eles têm utilizado a ponta de um microscópio de varrimento para manipular a formação de rugas, abrindo o caminho para a construção de semicondutores de grafeno sem ser por meios químicos - adicionando outros elementos - mas antes manipulando a estrutura de carbono, ela própria uma forma de 'engenharia de grafeno'.

A descoberta aconteceu quando o grupo experimentava criar grafeno, fazendo a deposição de vapor químico, que é considerado o método mais fiável.

Eles estavam a trabalhar para formar grafeno num substrato de níquel, mas o sucesso deste método depende grandemente na temperatura e velocidade de arrefecimento.

De acordo com Hyunseob Lim, o primeiro autor do relatório, 'Nós tentávamos criar grafeno num único substrato de níquel cristalino, mas, em muitos casos, acabamos por criar um composto de níquel e carbono, Ni2C, em lugar de grafeno. Para resolver o problema, tentámos arrefecer rapidamente depois de adicionar acetileno, e durante esse processo criámos acidentalmente pequenas nano-rugas, de 5 nanómetros, na amostra.'

Eles foram capazes de ver estas pequenas rugas com microscopia de varrimento, e descobriram que havia lacunas nas bandas abertas entre elas, indicando que as lacunas podiam agir como semicondutores.

Normalmente electrões e buracos de electrões correm livremente através dos condutores, sem lacunas, mas quando é um semicondutor, há lacunas entre as bandas e os vários estados do electrão, e os electrões só podem passar nestas falhas sob certas condições. Isto indica que o grafeno pode, dependendo das rugas, tornar-se um semicondutor.

Inicialmente consideraram-se duas possibilidades para emergência da lacuna da banda. Uma é a de que esta tensão mecânica poderia causar este fenómeno magnético, mas excluíram esta possibilidade e concluíram que o fenómeno era causado pelo confinamento dos electrões numa só dimensão devido a 'confinamento quântico.'

De acordo com Yousoo Kim, líder do 'Surface and Interface Science Laboratory, que liderou a equipa, 'Até agora, esforços para manipular propriedades electrónicas do grafeno, terão sido feitos principalmente através de meios químicos, mas a desvantagem é a de que poderá levar à degradação de propriedades electrónicas devido a defeitos químicos. Aqui demonstramos que as propriedades electrónicas podem ser manipuladas simplesmente por mudar a forma da estrutura de carbono. Será entusiasmante verificar se isto nos poderá levar a novas maneiras de usar o grafeno.'