Valetrônica: o que é? Clique aqui e descubra!

Por , em 27.05.2012

VALETRÔNICA – O QUE É ISSO?

Em um artigo da Physical Review Letters os pesquisadores Daniel Gunlycke e Carter T. White fundamentam os pilares de uma nova área de pesquisa – a Valetrônica.

Como boa parte das novidades tecnológicas que tem surgido ultimamente essa pesquisa está também relacionada ao grafeno.

Recordando nossas aulas de Química, sabemos que o grafeno – a nova vedete tecnológica – é simplesmente o nome dado à cada uma das camadas que compõe a estrutura cristalina do grafite. A IUPAC o define como sendo:

“Uma única camada da estrutura grafítica, da espessura de um átomo, sendo considerada como o último membro da série de naftalenos, antracenos, coronenos, etc., e o termo grafeno deve, portanto, ser utilizado para designar a camada individual de carbono em compostos de intercalação de grafite. O uso do termo “camada de grafeno” é também considerada para a terminologia geral dos carbonos”.

Numa analogia, imagine o grafeno como sendo uma tela de arame. Empilhadas seria o grafite. Se com uma tela confeccionarmos um tubo, teremos o nanotubo de carbono. Se confeccionarmos uma bola teremos mais um estado alotrópico do carbono: o fulereno – e assim sucessivamente.

Como já noticiado aqui no Hypescience pesquisadores descobriram que inserir “defeitos” intencionais na estrutura do grafeno pode permitir a criação de componentes eletrônicos menores e mais rápidos.

No entanto Gunlycke e White decidiram aproveitar os “defeitos” naturais que produzem comportamentos discretos ao longo das folhas de grafeno.

Esses defeitos produzem “vales” nas bandas de condução e de valência do grafeno – daí este novo campo da tecnologia ser batizado de valetrônica.

O comportamento convencional dos semicondutores está fundamentado no fluxo de cargas elétricas, representadas pelos elétrons (carga negativa) e lacunas (carga positiva).

Entre estas duas pistas de condução existe um “gap” ou banda de condução que determina o comportamento do semicondutor – se conduz ou não a corrente elétrica – por exemplo.

No grafeno, essa banda não é homogênea, mas repleta de vales, os denominados “defeitos naturais”, provavelmente provocados por flutuações térmicas.

O termo “vale” refere-se a depressões de energia na estrutura de banda (que descreve a energia dos elétrons que ali atuam como ondas) permitidas pela simetria do cristal e assim formando graficamente dois pares de cones.

A polarização pelos vales é realizada quando elétrons e lacunas em um vale são separados espacialmente dos elétrons e lacunas de outro vale. Esse processo é complicado de ser obtido na prática porque ambos os vales possuem a mesma energia.

Com a nova descoberta, essa separação espacial pode ser realizada em estruturas de grafeno que possuam uma simetria de reflexão ao longo de uma direção cristalográfica específica, sem ligações que intercruzem a região de simetria.

A simetria de reflexão permite que somente ondas eletrônicas (elétrons) simétricas percorram a linha de defeito – as demais ondas são refletidas.

Estima-se que elétrons e lacunas que se aproximem dessa linha de defeito com um grande ângulo de incidência serão polarizados com uma eficiência próxima aos 100%.

Na prática, isso significa que há outro estado quântico caracterizando os elétrons do grafeno, intimamente associado à dimensão desses vales. Esse “índice de vale” corresponde a um momento magnético distinto, consequentemente a um novo número quântico.

O interesse nesse novo número quântico é crescente tendo em vista que esse novo momento magnético é pelo menos 30 vezes mais forte do que os mensurados anteriormente, ou seja, um efeito com grande potencial para aplicações tecnológicas, em substituição à eletrônica e eventualmente complementar a outro ramo emergente – a spintrônica (que abordaremos em artigos futuros).

A valetrônica promete ainda muitas novidades, desde a fabricação de supercondutores à temperatura ambiente até superprocessadores que transformarão o tão sonhado computador quântico em uma realidade. É esperar para ver.

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LEIA SOBRE O LIVRO A COR DA TEMPESTADE do autor deste artigo

Navegando entre a literatura fantástica e a ficção especulativa Mustafá Ali Kanso, nesse seu novo livro “A Cor da Tempestade” premia o leitor com contos vigorosos onde o elemento de suspense e os finais surpreendentes concorrem com a linguagem poética repleta de lirismo que, ao mesmo tempo que encanta, comove.

Seus contos “Herdeiros dos Ventos” e “Uma carta para Guinevere” juntamente com obras de Lygia Fagundes Telles foram, em 2010, tópicos de abordagem literária do tema “Love and its Disorders” no “4th International Congress of Fundamental Psychopathology.”

Foi premiado com o primeiro lugar no Concurso Nacional de Contos da Scarium Megazine (Rio de Janeiro, 2004) pelo conto Propriedade Intelectual e com o sexto lugar pelo conto Singularis Verita.

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2 comentários

  • Marcelo Carvalho:

    Sinceramente isso muito me empolga, como futuro engenheiro eletrônico tenho ainda uma esperança de poder contribuir com a humanidade através da tecnologia. Os maiores estudos sobre o grafeno e os demais metamateriais vão possibilitar uma gama de inovações tecnológicas principalmente na área da saúde onde equipamentos mais precisos vão possibilitar menos intervenções cirúrgicas mais invasivas.
    Falam-se do grafeno como um possível material para estudo das radiações T, na casa dos Terahertz com comprimentos de onda muito menores que a radiação gama, fora também o conhecimento que isso vai nos permitir sobre o universo.
    Parabéns Mustafa sobre o Artigo, tenho muitos outros falando a respeito do mesmo assunto caso se interesse posso disponibilizá-lo para você.

    • Mustafa Ali Kanso:

      Grande Marcelo Carvalho. Fico honrado com seu post. Pode me enviar seus artigos (ou os respectivos links) para meu e-mail e terei a maior alegria em divulgá-los aqui no Hypescience e também em minhas aulas. Forte abraço.

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