nanotubos semicondutores

Nanotubos enrolados viram semicondutores para eletrônica do futuro

A maioria dos nanotubos é metálica, e isso não é bom para a eletrônica.

Nanotubos semicondutores

Embora estejam entre os materiais mais promissores para uma série quase inumerável de aplicações – de transistores para uma eletrônica ultrarrápida a cabos para um elevador espacial – os nanotubos de carbono andam meio esquecidos devido à dificuldade de sua fabricação em escala industrial.

Um dos maiores problemas é que não é fácil fabricar nanotubos de carbono que sejam semicondutores. Dependendo de como se automontam – pense em um nanotubo de carbono como uma folha de grafeno enrolada – alguns nanotubos são considerados metálicos, o que significa que os elétrons podem fluir através deles com qualquer energia. E eles fazem isso de modo muito eficiente, o que é bom para a transmissão de eletricidade, mas não é bom para a eletrônica porque eles não podem ser desligados.

Isto limita seu uso em eletrônica digital, que utiliza sinais elétricos ligados ou desligados para armazenar estados binários – é assim como os transistores semicondutores de silício alternam entre 0 e 1 para realizar cálculos.

Francesco Mastrocinque e colegas da Universidade Duke, nos EUA, anunciaram ter descoberto um modo de superar esse problema: Basta pegar os nanotubos metálicos, que sempre deixam passar a corrente, e transformá-los em uma forma que pode ser ligada e desligada, permitindo que o nanotubo funcione como um semicondutor.

“O segredo está em polímeros especiais, substâncias cujas moléculas estão ligadas entre si em longas cadeias, que envolvem o nanotubo em uma espiral ordenada, como enrolar uma fita em volta de um lápis,” disse Mastrocinque.

 

A técnica torna possível otimizar semicondutores para aplicações que vão da visão noturna até novas formas de computação.

[Imagem: Francesco Mastrocinque]

Condutância controlável

Os pesquisadores demonstraram que, alterando o tipo de polímero que é enrolado em torno do nanotubo, é possível criar novos tipos de nanotubos semicondutores – eles continuam conduzindo eletricidade, mas somente quando a quantidade certa de energia externa for aplicada.

E o efeito é reversível: Envolver o nanotubo em um polímero altera suas propriedades eletrônicas de condutor para semicondutor, mas se o nanotubo for desembrulhado ele volta ao seu estado metálico original.

Mas a equipe não se entusiasma muito, e reconhece que criar nanotubos semicondutores individuais é apenas um pequeno passo para a utilização desse tipo tão esperado de eletrônica orgânica: “Estamos muito longe de fabricar dispositivos,” disse o professor Michael Therien.

Contudo, o fato de tornar os nanotubos capazes de conduzir eletricidade apenas a partir de um determinado limite é algo que tem muitas aplicações práticas. Por exemplo, pode-se usar tais nanotubos como sensores para detectar luz de determinados comprimentos de onda, sobretudo aqueles que sejam invisíveis aos olhos humanos – isso inclui o calor, na forma de radiação infravermelha.

Bibliografia:

Artigo: Band gap opening of metallic single-walled carbon nanotubes via noncovalent symmetry breaking
Autores: Francesco Mastrocinque, George Bullard, James A. Alatis, Joseph A. Albro, Animesh Nayak, Nicholas X. Williams, Amar Kumbhar, Hope Meikle, Zachary X. W. Widel, Yusong Bai, Alexis K. Harvey, Joanna M. Atkin, David H. Waldeck, Aaron D. Franklin, Michael J. Therien
Revista: Proceedings of the National Academy of Sciences
Vol.: 121 (12) e2317078121
DOI: 10.1073/pnas.2317078121