doi.org/10.1038/s41565-024-01795-y
Credibilidade: 999
#Grafeno
Novas pesquisas sobre materiais quânticos como o grafeno mostram que os elétrons podem se comportar como fluidos viscosos, abrindo possibilidades para dispositivos eletrônicos mais rápidos e eficientes.
Essa descoberta levou ao desenvolvimento de dispositivos como o bolômetro de elétrons viscosos, que pode melhorar tecnologias desde velocidades de internet até exames médicos não invasivos.
Nas ciências do ensino médio, aprendemos que conectar um cabo a um circuito elétrico inicia um fluxo de elétrons, fornecendo energia para tudo, de luzes a telefones.
Tradicionalmente, entendemos o comportamento dos elétrons em metais e semicondutores usando um modelo simples. Nessa visão, os elétrons são como partículas minúsculas e independentes – semelhantes a carros se movendo livremente em uma rodovia aberta, raramente interagindo entre si. Esse modelo direto tem sido a base da eletrônica há muito tempo, moldando como projetamos os dispositivos que alimentam a vida moderna.
No entanto, essa visão tradicional não explica completamente o comportamento dos elétrons em certos materiais quânticos emergentes, como o grafeno – um material ultrafino e altamente condutor. No grafeno, os elétrons não se movem independentemente, mas fluem coletivamente, assemelhando-se ao movimento de um fluido viscoso, como o óleo.
Essa descoberta é mais do que apenas uma observação peculiar. Pode ser transformador para o desenvolvimento futuro de uma ampla gama de tecnologias.
Explorando as propriedades do grafeno:
No laboratório de pesquisa do professor assistente Denis Bandurin na Faculdade de Design e Engenharia da Universidade Nacional de Cingapura, eles estão explorando como os materiais quânticos interagem com a radiação eletromagnética na nanoescala para descobrir novos fenômenos científicos e seu uso potencial no desenvolvimento de tecnologias futuras.
Em um estudo recente, publicado na Nature Nanotechnology, eles relataram que quando o grafeno é exposto à radiação eletromagnética de frequências terahertz, o fluido de elétrons aquece e sua viscosidade é drasticamente reduzida, resultando em menor resistência elétrica – muito parecido com a forma como óleo, mel e outros fluidos viscosos fluem mais facilmente quando aquecidos em um fogão.
Avanços na tecnologia THz:
Por que isso é emocionante”
As ondas terahertz (THz) são uma parte especial e tecnologicamente desafiadora do espectro eletromagnético – situada entre as micro-ondas e a luz infravermelha – que tem uma vasta gama de aplicações potenciais. Ser capaz de detectar ondas THz pode desbloquear grandes avanços em tecnologias
Nas comunicações, por exemplo, a tecnologia Wi-Fi atual opera em vários GHz, limitando a quantidade de dados que podem ser transmitidos. A radiação THz, com sua frequência muito mais alta, pode servir como a “frequência portadora” para redes ultrarrápidas, além de 5G, permitindo transferência de dados mais rápida para dispositivos conectados à Internet das Coisas (IoT), carros autônomos e inúmeras outras aplicações.
Na imagem médica e no controle de qualidade industrial, as ondas THz podem penetrar em muitos materiais, tornando-as úteis para exames não invasivos. Elas também são mais seguras do que raios X, fornecendo uma ferramenta de imagem altamente seletiva e precisa.
Indo mais longe, a visão THz permite a astronomia observacional, permitindo que os cientistas observem galáxias distantes e exoplanetas que não podem ser vistos pela luz visível.
O papel da eletrônica viscosa na tecnologia moderna:
A radiação THz, portanto, oferece um enorme potencial. O problema é que, até recentemente, detectá-la tem sido um desafio significativo. As ondas THz são muito rápidas para chips semicondutores tradicionais e muito lentas para dispositivos optoeletrônicos convencionais.
Este estudo mostra que, ao aproveitar o efeito de redução da viscosidade, podemos criar dispositivos inovadores que podem detectar ondas THz ao detectar as mudanças na resistência elétrica. De fato, conforme relatado no artigo, eles conseguiram construir uma nova classe de dispositivo eletrônico chamado bolômetro de elétrons viscosos.
Representando a primeira aplicação prática e real da eletrônica viscosa – um conceito que antes era considerado puramente teórico – esses bolômetros são capazes de detectar mudanças na resistência de forma extremamente precisa e rápida, operando, em princípio, na escala de picosegundos. Em outras palavras, trilionésimos de segundo.
O futuro dos dispositivos eletrônicos:
Entender e explorar a maneira como os elétrons se movem juntos como um fluido coletivo abre caminho para repensarmos completamente o design de dispositivos eletrônicos. Com isso em mente, a equipe de pesquisa está trabalhando ativamente na otimização desses bolômetros de elétrons viscosos para aplicações práticas.
À medida que descobrimos mais segredos no mundo emergente dos materiais quânticos, fica claro que os modelos tradicionais de comportamento dos elétrons não são mais suficientes. Ao abraçar essa nova compreensão da eletrônica viscosa, os cientistas podem estar prestes a desbloquear uma nova onda de possibilidades tecnológicas.
Publicado em 30/10/2024 13h56
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