O recorde recente de fabricação da maior fita de grafeno reacendeu as esperanças de que o grafeno possa finalmente cumprir suas muitas promessas, que até agora têm enfrentado obstáculos de produção.
As nanofitas de carbono emergem como alternativas altamente promissoras para aplicações práticas, uma vez que são mais fáceis de sintetizar e suas características podem ser ajustadas através da geometria de suas bordas.
“Essas nanofitas são ainda mais intrigantes que o próprio grafeno”, afirma o professor Mickael Perrin, do Laboratório Federal Suíço de Ciência e Tecnologia de Materiais (EMPA). Ao variar seu comprimento, largura e forma de bordas, bem como adicionar átomos adicionais, é possível conferir-lhes diversas propriedades elétricas, magnéticas e ópticas.
Devido a suas dimensões diminutas – com espessura de apenas alguns átomos -, as nanofitas de grafeno são especialmente relevantes para tecnologias quânticas em ascensão.
(Foto: Jian Zhan)
Pela primeira vez, cientistas conseguiram conectar eletrodos a nanofitas de carbono com dimensões tão diminutas quanto nove átomos, o que corresponde a cerca de 1 nanômetro.
A fim de assegurar a conexão de apenas uma única nanofita, os pesquisadores empregaram eletrodos de tamanho comparável. Utilizaram nanotubos de carbono, que também possuíam um diâmetro de apenas 1 nanômetro. Vale ressaltar que um nanotubo de carbono consiste essencialmente em uma fita de grafeno enrolada em formato de tubo.
No entanto, estabelecer contato entre estruturas tão minúsculas e delicadas é uma tarefa desafiadora. “Os nanotubos de carbono e as nanofitas de grafeno são cultivados em substratos distintos,” explica o professor Jin Zhang. “Inicialmente, os nanotubos precisam ser transferidos para o substrato do dispositivo e conectados com eletrodos de metal. Em seguida, são cortados usando litografia de feixe de elétrons de alta resolução, a fim de separá-los em dois eletrodos.”
Por fim, as fitas são transferidas para o mesmo substrato. A precisão desempenha um papel crucial: até mesmo a menor rotação dos substratos pode reduzir substancialmente a probabilidade de um contato bem-sucedido.
(Foto: Empa)
Tecnologia Quântica baseada em Carbono
O passo subsequente envolverá a preparação de estruturas capazes de explorar os efeitos quânticos, os quais têm o potencial de definir o âmbito de aplicação dessa tecnologia de processamento. As perspectivas são notáveis, uma vez que existe a possibilidade de que as nanofitas possam ser utilizadas diretamente, eliminando a necessidade dos caros aparatos de refrigeração frequentemente requeridos em experimentos desse tipo.
“Devido às dimensões extremamente diminutas dessas nanofitas, estamos otimistas de que seus efeitos quânticos possam ser tão robustos a ponto de serem observáveis mesmo em temperatura ambiente,” explicou o professor Perrin.
Um dos alvos da equipe é criar qubits que operem em temperatura ambiente. A concepção desse objetivo envolve a interligação em série de duas nanofitas, resultando na formação de um duplo ponto quântico, porém com uma versão mais resiliente em comparação com o recente qubit mecânico demonstrado.
Adicionalmente, para além de pavimentar o caminho para a aplicação prática do grafeno na computação quântica, essa tecnologia também proporciona novas oportunidades para a eletrônica do carbono, que traz a promessa de incrementar a velocidade dos computadores e reduzir o consumo energético em mais de mil vezes. De fato, alguns especialistas até especulam que a tecnologia poderá migrar do uso de metais para o uso do carbono.
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