Pesquisadores fazem padrões de nanotubos de carbono chamados moirés para pesquisa de materiais

A estrutura cristalina de uma bicamada de carbono. A camada externa roxa e a camada interna azul têm, cada uma, um arranjo semelhante de átomos de carbono, mas são giradas em relação uma à outra em apenas alguns graus. Crédito: © 2021 Isobe et al.

O comportamento do material depende de fatores, incluindo a composição do material e o arranjo de suas partes moleculares. Pela primeira vez, os pesquisadores descobriram uma maneira de persuadir os nanotubos de carbono a criar padrões de moiré. Essas estruturas podem ser úteis na pesquisa de materiais, particularmente no campo de materiais supercondutores.

O professor Hiroyuki Isobe, do Departamento de Química da Universidade de Tóquio, e sua equipe criam estruturas de materiais nanoscópicos, principalmente de carbono. Seu objetivo é explorar novas maneiras de criar nanoestruturas de carbono e encontrar aplicações úteis para elas. A descoberta mais recente de seu laboratório é uma nova forma de nanotubo de carbono com um arranjo específico de átomos.

“Nós criamos com sucesso diferentes tipos de nanotubos de carbono com átomos de espessura que se automontam em estruturas complexas”, disse Isobe. “Esses nanotubos são feitos de folhas enroladas de átomos de carbono dispostas hexagonalmente. Fizemos algumas largas e estreitas que cabem dentro deles. Isso significa que a estrutura de tubo complexa resultante tem uma parede de duas camadas. Os padrões hexagonais dessas camadas são deslocados de forma que as duas camadas juntas criam o que é conhecido como padrão moiré. E isso é significativo para pesquisadores de materiais. ”

Quando os padrões repetidos se sobrepõem, um novo padrão resultante emerge. Se você mover uma das camadas, ou se mover em relação às camadas, o padrão resultante mudará ligeiramente, por exemplo, se você olhar para uma porta de tela através de uma cortina de malha, ou se você segurar duas peneiras juntas. Os padrões moiré da equipe surgem quando uma grade hexagonal de átomos de carbono é ligeiramente girada em relação a outra grade hexagonal semelhante.

Quando os padrões repetidos se sobrepõem e são girados, eles criam esses arranjos hipnotizantes chamados padrões moiré. Aqui, as grades hexagonais são giradas em qualquer direção. Crédito: CC-0 Universidade de Tóquio / Rohan Mehra

Esses padrões não são apenas para exibição; eles podem imbuir materiais com propriedades funcionais. Duas áreas que podem se beneficiar especialmente das propriedades criadas aqui são a química sintética, já que os tubos de bicamada de carbono moiré podem ser alvos desafiadores, mas atraentes de automontagem molecular e materiais supercondutores, que podem levar a um salto de geração em dispositivos elétricos que exigem muito menos energia para funcionar e seria muito mais capaz do que os dispositivos atuais.

Publicado em 11/03/2021 14h45

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