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Efeito piezoelétrico é controlado em nanoescala

Efeito piezoelétrico é controlado em nanoescala
Os pontos quânticos sofrem expansões e contrações grandes e extremamente rápidas, na faixa de um trilionésimo de segundo. [Imagem: Saumitra R Mehrotra/Gerhard Klimeck/Wikipedia]

A geração de eletricidade pela compressão e expansão de materiais sólidos é conhecida como efeito piezoelétrico.

Esse efeito tem uma vasta gama de aplicações, que vão desde objetos de uso diário, tais como relógios e acendedores de fogão, até sensores de movimento e sistemas precisos de posicionamento.

Piezoeletricidade em pontos quânticos

Agora, químicos da Universidade McGill, no Canadá, descobriram como controlar este efeito em semicondutores chamados pontos quânticos, permitindo o desenvolvimento de novos produtos em escala molecular.

Os pontos quânticos têm entre 10 e 50 átomos de diâmetro, ou seja, menos de 10 nanômetros. Para comparação, o diâmetro de uma hélice dupla de DNA é de 2 nanômetros.

Os pesquisadores descobriram uma maneira de concentrar as cargas elétricas na superfície do ponto quântico, o que produz um grande campo elétrico no interior do ponto.

Esse campo elétrico produz enormes forças piezoelétricas, fazendo com que os pontos quânticos sofram expansões e contrações grandes e extremamente rápidas, na faixa de um trilionésimo de segundo.

Mais importante, a equipe descobriu como controlar a amplitude dessas vibrações.

Nanoeletrônica e nanomáquinas

Os pontos quânticos de seleneto de cádmio estão sendo intensamente pesquisados para uso em células solares e LEDs. Mas esta nova técnica abre o caminho para uma gama mais ampla de aplicações tecnológicas, sobretudo em dispositivos em nanoescala.

A descoberta oferece uma maneira de controlar a velocidade e o tempo de comutação de circuitos nanoeletrônicos.

E, especulam os pesquisadores, poderá permitir o desenvolvimento de fontes de energia em nanoescala, onde uma pequena compressão gera uma grande corrente elétrica. Essa energia poderá ser usada para alimentar circuitos eletrônicos, nanomáquinas e micro e nano-robôs.

"O efeito piezoelétrico nunca foi manipulado nessa escala antes, assim o leque de aplicações possíveis é muito grande," afirma Pooja Tyagi, responsável pelos experimentos.

O seleneto de cádmio é altamente tóxico, o que inviabiliza as aplicações biomecatrônicas. Mas teoricamente a técnica poderá ser estendida a pontos quânticos de outros materiais semicondutores, que não apresentem toxicidade.

Bibliografia:

Controlling Piezoelectric Response in Semiconductor Quantum Dots via Impulsive Charge Localization
Pooja Tyagi, Ryan R. Cooney, Samuel L. Sewall, D. M. Sagar, Jonathan I. Saari, Patanjali Kambhampati
Nano Letters
Vol.: 10 (8), pp 3062-3067
DOI: 10.1021/nl101605r




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