Quasicristais finalmente poderão ser estudados em busca de novas tecnologias

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/10/2023

Quasicristal (coluna central) criado por três folhas sobrepostas de grafeno.
[Imagem: Sergio C. de la Barrera]

Quasicristais e twistrônica

Pesquisadores descobriram uma interconexão entre dois campos até agora sem nada em comum um com o outro: Os quasicristais e a twistrônica.

A "twistrônica", ou flexotrônica, surgiu em 2018, quando pesquisadores descobriram que o grafeno pode ir de isolante a supercondutor em apenas um movimento, bastando colocar uma folha do nanomaterial de carbono sobre outra igual, e girando (daí o termo twist, ou torção) uma delas em cerca de 1,1º em relação à outra, uma medida ainda não totalmente compreendida, o que lhe valeu o apelido de "ângulo mágico".

Os quasicristais, por sua vez, são materiais exóticos, que os cientistas já acreditaram ser exclusivamente extraterrestres, até a descoberta do primeiro quasicristal formado naturalmente na Terra, no início deste ano.

Como seu nome indica, os quasicristais estão em algum lugar entre um cristal, como o diamante, que tem uma estrutura atômica repetitiva e regular, e um material amorfo, como o vidro, onde os átomos estão dispostos aleatoriamente. Há razões para acreditar que os quasicristais possam ser úteis para uma grande gama de tecnologias e possam ser usados, por exemplo, para criar novos supercondutores.

Em comparação com os cristais e materiais amorfos, entretanto, sabemos muito pouco sobre os quasicristais sobretudo porque eles são muito difíceis de sintetizar. "Isso não significa que eles não sejam interessantes; significa apenas que não lhes prestamos tanta atenção, especialmente às suas propriedades eletrônicas," explica Sergio Barrera, da Universidade de Toronto, no Canadá.

Agora, Barrera e seus colegas descobriram como usar a twistrônica para criar quasicristais facilmente, permitindo finalmente que esses materiais, cuja descoberta levou o Prêmio Nobel de Química em 2011, possam ser finalmente estudados a fundo.

A primeira amostra sintetizada pela equipe já apresentou supercondutividade e deu sinais de quebra de simetria.
[Imagem: Aviram Uri et al. - 10.1038/s41586-023-06294-z]

Quasicristal de grafeno

Durante suas pesquisas sobre supercondutividade, a equipe usou a twistrônica para criar um sistema não com duas, mas com três folhas de grafeno. O grafeno é composto por uma única camada de átomos de carbono dispostos em hexágonos que lembram uma estrutura em favo de mel. Neste caso, a equipe colocou três folhas de grafeno em camadas, uma sobre a outra, e então torceu duas das folhas em ângulos ligeiramente diferentes.

Para surpresa geral, o sistema criou um quasicristal, e um que não decepcionou: Bastou que os pesquisadores ajustassem seus ângulos para que ele apresentasse a tão esperada supercondutividade em baixa temperatura. Isso é importante porque os supercondutores transmitem corrente elétrica com muito mais eficiência do que é possível hoje, mas o fenômeno ainda não é totalmente compreendido em todos os casos. O novo sistema "quasicristal twistrônico" torna-se assim uma nova plataforma para estudá-lo.

A equipe também encontrou indícios de uma quebra de simetria, outro fenômeno que "nos diz que os elétrons estão interagindo uns com os outros de maneira muito forte. E, como físicos e cientistas de materiais quânticos, queremos que nossos elétrons interajam uns com os outros porque é aí que a física exótica acontece," comentou Barrera.

A expectativa agora é que cientistas de todo o mundo possam usar o mecanismo relativamente simples de "ângulo mágico" para criar novos tipos de quasicristais e estudá-los, quem sabe tornando realidade a fugidia descoberta de materiais que sejam supercondutores a temperatura ambiente.

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