Intercristais: Descobertos cristais com propriedades revolucionárias

Redação do Site Inovação Tecnológica - 30/05/2025

Um intercristal formado pela sobreposição de grafeno torcido em um substrato de nitreto de boro hexagonal.
[Imagem: Andrei Lab/Rutgers University]

Intercristais

Cientistas descobriram uma nova classe de materiais, que eles batizaram de intercristais, com propriedades eletrônicas únicas e ajustáveis, o que os torna extremamente promissores para exploração em vários campos das tecnologias futuras.

Os intercristais apresentam propriedades eletrônicas que podem ser exploradas para fabricar componentes eletrônicos mais eficientes, componentes para a computação quântica ou permitir a criação de materiais ecologicamente corretos para várias aplicações, apenas para citar alguns exemplos.

"Nossa descoberta abre um novo caminho para o projeto de materiais," disse a professora Eva Andrei, da Universidade Rutgers, nos EUA. "Os intercristais nos dão uma nova maneira de controlar o comportamento eletrônico usando apenas a geometria, sem precisar alterar a composição química do material."

Mais do que isso, os pesquisadores descobriram que as propriedades eletrônicas dos intercristais podem variar significativamente com pequenas mudanças em sua estrutura física. Essa variabilidade pode levar a comportamentos novos e incomuns, como supercondutividade e magnetismo, que normalmente não são encontrados em cristais comuns.

E as aplicações no campo dos computadores e aparelhos eletrônicos são ainda mais promissoras.

"Você pode imaginar o projeto de um circuito eletrônico inteiro onde cada função - comutação, detecção, propagação de sinal - seja controlada pela geometria de ajuste em nível atômico," disse Jedediah Pixley, membro da equipe. "Os intercristais podem ser os blocos de construção dessas tecnologias futuras."

O alinhamento entre as camadas altera as propriedades dos intercristais.
[Imagem: Xinyuan Lai et al. - 10.1038/s41563-025-02222-w]

Ângulo mágico

A descoberta dos intercristais se baseou na twistrônica, ou flexotrônica, uma técnica que nasceu da manipulação de materiais monoatômicos, como o grafeno, quando camadas de um material são giradas umas em relação às outras, dando origem a padrões conhecidos como moiré.

Por exemplo, colocar uma folha do nanomaterial de carbono sobre outra igual, e girar uma delas em cerca de 1,1º em relação à outra, torna o grafeno um supercondutor - essa alteração no ângulo ainda não foi totalmente compreendida, o que lhe valeu o apelido de "ângulo mágico".

Mas há outros graus, e as configurações resultantes alteram significativamente o comportamento dos elétrons dentro da substância usada, levando a propriedades que não são encontradas nos cristais regulares.

Os elétrons movem-se pela rede cristalina dos materiais - nos cristais normais, que possuem um padrão repetitivo de átomos formando uma grade perfeitamente organizada, a maneira como os elétrons se movem é bem compreendida e previsível.

Mas a formação de um novo material 3D a partir do deslocamento de camadas 2D muda tudo, criando não apenas uma nova forma de estrutura cristalina, mas também novos comportamentos dos elétrons.

Comparação das características dos cristais, quasicristais e intercristais.
[Imagem: Xinyuan Lai et al. - 10.1038/s41563-025-02222-w]

Por que intercristais?

A equipe batizou sua descoberta de "intercristais" porque eles são uma mistura entre cristais e quasicristais: Eles têm padrões não repetitivos como os quasicristais, mas compartilham simetrias em comum com os cristais regulares.

"A descoberta dos quasicristais na década de 1980 desafiou as antigas regras sobre a ordem atômica," disse Andrei. "Com os intercristais, damos um passo adiante, mostrando que os materiais podem ser projetados para acessar novas fases da matéria, explorando a frustração geométrica na menor escala."

Tendo à disposição a arquitetura esboçada pela equipe, a expectativa agora é que a comunidade científica possa se dedicar à sintetização de toda uma família de intercristais com propriedades talhadas para as diversas aplicações.

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