Grafeno, Staneno e Germaneno: Revolução no Mundo da Eletrônica

Veja estas postagens que pesquisei sobre o Grafeno, o Staneno e o Germaneno: Materiais que vão revolucionar o mundo digital...  

O Grafeno é uma figura famosa do mundo da ciência, mas ainda é muito difícil colocá-lo em prática, especialmente na forma desejada pela indústria de eletrônicos. Mas pesquisadores da Universidade de Stanford encontraram um novo método que, finalmente, pode tirar essa substância do papel. 

Vale lembrar que o grafeno “ideal” é um material hexagonal e simétrico formado por uma camada de átomos de carbono, sendo um bom condutor de eletricidade, podendo atuar como um semicondutor se tiver até 10 nanômetros de espessura.

É aí que entra o DNA: o ácido desoxirribonucleico está disponível na natureza, é facilmente manipulado para diferentes formas e age bem em conjunto com íons metálicos, como cobre, necessário para a fabricação do grafeno 

A fabricação é feita a partir de um processo chamado de combinação molecular. Nele, um pedaço de DNA bacteriano é colocado em uma placa de silício, mergulhada em uma solução de nitrato de cobre e aquecida a até 1.000°C na presença de gases metano e hidrogênio. Isso provoca uma reação química que deixa resíduos que são quase o grafeno desejado, apesar de possuir algumas impurezas. 

Mas não espere um avanço desses saindo do laboratório tão cedo: nem mesmo os pesquisadores sabem direito o porquê da transformação, portanto são muitos os estudos a serem realizados - mas o passo dado é um dos maiores na área.

Estrutura do Grafeno 

O grafeno vai mudar nosso mundo. É a lâmina mais fina que se pode obter a partir do grafite. Foi descoberto em 2002 por Andre Geim e P. Kim. Os dois cientistas trabalhavam em outras pesquisas que não tinham tanto a ver com o material que os tornaria famosos, como levitação de sapos e morangos.

O feito incrível do grafeno é sua alta condutividade. Para se ter uma idéia de quão rápido os átomos passam pelo material, tenha em mente que o silício, material mais usado atualmente para produção de condutores e semicondutores, pode gerar frequências de até 20 GHz. O grafeno alcança velocidades superiores a 200 GHz, podendo chegar a até 1 THz.

Isto acontece porque os elétrons se comportam como se não tivessem massa, assim como os neutrinos, que são partículas subatômicas e que, por não possuírem massa, atravessam tudo o que encontram pela frente. A diferença entre os dois é que os neutrinos viajam na velocidade da luz.

Além de veloz, o grafeno é também durável: outras propriedades encontradas no produto como maleabilidade, transparência e espessura (uma lâmina possui um nanômetro) fazem do grafeno o próximo passo para a evolução dos eletrônicos. 

A Os primeiros aparelhos a receberem o novo semicondutor devem ser aqueles que necessitam de toque para funcionar, como telas touchscreen. Outros usos incluem televisores LCD e placas de energia solar. Para quem se interessar mais pelo assunto, Tatiana disponibiliza um link com todo o material apresentado em sua palestra e que pode ser acessado clicando aqui.  Veja também o vídeo uma demonstração do grafeno numa tela touchscreen acessando https://youtu.be/3sAc4nqAbOs 

Nova forma do grafeno deve permitir sua aplicação em eletrônicos

Considerado há anos como um dos elementos essenciais para o futuro da indústria dos eletrônicos, o grafeno sofre com o fato de suas características o impedirem de atuar da mesma forma que os chips semicondutores de silício. No entanto, essa limitação parece estar prestes a chegar ao fim graças a um time internacional de cientistas que descobriu uma nova forma do material com 10 vezes mais condutividade do que o visto anteriormente.

O segredo do novo formato é permitir que elétrons atuem como fótons. O material usado possui o mesmo arranjo em formato de colmeia formado por nanofitas de grafeno epitaxial normalmente usado para ilustrar a aparência do elemento. A diferença é o fato de o arranjo ter sido criado em moldes de carboneto de silicone com o auxílio de técnicas de microeletrônicos convencionais.

Tudo isso é aquecido a uma temperatura de aproximadamente 1 mil ° Celsius, o que faz o silicone derreter, resultando em nanofitas de grafeno com bordas perfeitamente lisas — característica que permite elétrons viajarem com virtualmente nenhuma resistência ambiente. “Esse elétrons estão se comportando de uma maneira muito próxima à luz”, afirma Walt de Heer, professor do Georgia Institute of Technology, um dos cientistas envolvidos no estudo.

Novas possibilidades para o mundo dos eletrônicos

“Isso funciona como a luz navegando por fibra ótica. Por causa da maneira como a fibra é fabricada, a luz é transmitida sem se dispersar”, explica de Heer. “Isso permite que cientistas criem interruptores que bloqueiam o fluxo de elétrons. No passado, eletrônicos feitos com grafeno não eram possíveis porque o material não possui nenhum bloqueio eletrônico de banda, a propriedade que controla os transistores tradicionais”, complementa.

Segundo o cientista, a nova descoberta “deve permitir criar eletrônicos de uma nova maneira”. A maneira como os elétrons viajam pelo novo material é tão surpreendente que pode abrir possibilidades nunca antes pensadas por pesquisadores da área. Agora, o time responsável pela novidade deve trabalhar no estudo do funcionamento das novas nanofitas com o intuito de determinar como elas podem ser aplicadas em produtos reais — somente então é que o novo material deve começar a ser construído em larga escala;

Será o fim do Silício? 

Um laboratório da IBM montou uma versão rudimentar de um chip semicondutor cujos circuitos são feitos de grafeno, uma versão cristalina do carbono que se distingue pela sua disposição atômica. Com isso, os cientistas dão um dos primeiros passos na introdução de nanotecnologia (que trabalha com materiais na escala de um bilionésimo de um metro) na fabricação de chips semicondutores – a base de qualquer equipamento eletrônico.

No caso, a equipe do laboratório de pesquisas da IBM em Yorktown Heights, no estado de Nova York, conseguiu criar um circuito integrado e funcional de grafeno que poderá ser utilizado no setor de comunicação. Caso funcionem corretamente, esses novos chips poderiam permitir que dispositivos móveis (como smartphones e tablets) consigam transmitir informações mais rapidamente uns para os outros.

Com soluções como essa, os cientistas poderão produzir no futuro chips menores, mais rápidos e mais eficientes que os de silício. Entretanto, a tecnologia ainda está em estágio experimental, uma vez que os cientistas têm enfrentado problemas para que os nanomateriais se comportem corretamente em uma escala tão pequena.

Outro problema enfrentado é a fragilidade do material, que pode ser facilmente danificado durante a fabricação de produtos como um circuito integrado. Com a ajuda de técnicas utilizadas com o silício, contudo, a equipe da IBM conseguiu contornar esse problema desenvolvendo o primeiro receptor de frequências de rádio com o novo material, cujo desempenho é bastante superior ao de outros modelos.

“Essa é a primeira vez que alguém conseguiu mostrar que dispositivos e circuitos de grafeno são capazes de realizar funções modernas de comunicação wireless comparáveis às realizadas com chips de silício”, disse Supratik Guha, diretor de ciências físicas do setor de pesquisa da IBM. Será que estamos próximos de um substituto para o material que alimentou a eletrônica nos últimos 50 anos?

O Staneno: 

Cientistas da Universidade de Stanford e do SLAC National Accelerator Laboratory podem ter descoberto um material condutor ainda mais fino e eficiente, podendo transmitir eletricidade com 100% de eficácia nas temperaturas de funcionamento de um chip.

Batizado como stanene – combinação entre a palavra stannum (fino) com o mesmo sufixo usado no nome original do grafeno (graphene) –, o material é composto por uma única camada de átomos e pode mudar radicalmente a fabricação de microchips como processadores. “Nós conseguimos imaginar o stanene sendo usado para muitos circuitos e estruturas, inclusive substituindo o silício no coração dos transistores”, declarou Shoucheng Zhang, um dos pesquisadores responsáveis pelo estudo.

Vale observar, contudo, que o stanene (ou staneno, como em breve poderemos chamá-lo em português) ainda está em suas fases iniciais de teste e deve demorar bastante até se tornar algo realmente utilizável no mercado de tecnologia. Ainda assim, o potencial do material já encanta especialistas ao redor do mundo inteiro.

O Germaneno

Um super material formado por uma camada que tem a espessura de apenas um átomo de germânio – um elemento químico do grupo do silício. O anúncio mundial da descoberta desse material foi feito há poucos dias, Milton, neste mês de setembro de 2014, quando um grupo de cientistas liderados por Guy Le Lay, da Universidade de Aix-Marseille, publicou um artigo especial no New Journal of Physics publicou um artigo sobre o novo material. 

O Germaneno já sai em alta velocidade porque é um dos semicondutores mais utilizados na eletrônica atual, o ue facilita sua integração com circuitos tradicionais. 

Fonte: 

http://www.tecmundo.com.br/grafeno 

http://www.tecmundo.com.br/ciencia/47453-grafeno-e-coisa-do-passado-conheca-o-incrivel-staneno.htm

Germanene: a novel two-dimensional germanium allotrope akin to graphene and silicene
M. E. Dávila, L. Xian, S. Cahangirov, A. Rubio, Guy Le Lay
New Journal of Physics
Vol.: 16 095002
DOI: 10.1088/1367-2630/16/9/095002