Grafeno é uma forma de carbono que consiste de uma folha planar de átomos de carbono com um único átomo de espessura, ganhou uma reputação de um material extraordinário.
Ele é o melhor condutor já descoberto de calor à temperatura ambiente e é 40 vezes mais forte que o aço. Também é um semicondutor cuja condutividade elétrica é 1.000 vezes melhor do que o silício. Isto significa que ele poderia ser usado para fazer dispositivos muito mais sensíveis do que é possível atualmente, levando alguns a prever que ele um dia será o material de escolha para os chips dos computadores. Houve surpresa, portanto, quando Andre Geim (foto acima) e Konstantin Novoselov, dois físicos que investigavam a estrutura do grafeno, ganharam o prêmio Nobel de 2010 pelo trabalho deles.
Atualmente, convertendo as maravilhas do grafeno em produtos tem sido difícil. Mas Frank Koppens e seus colegas no Instituto de Ciências Fotônicos em Barcelona acreditam ter encontrado uma maneira de fazê-lo. Como eles descrevem na revista Nature Nanotecnologia, eles acreditam que o Grafeno pode ser usado para fazer fotodetectores ultra-sensíveis e de baixo custo. Fotodetectores são dispositivos que convertem a luz em eletricidade. Eles são usados em câmeras digitais, visão noturna, imagens biomédicas, sensores de poluição e na telecomunicação.
Um fotodetector típico é feito de um chip de Silício em alguns milímetros dele a luz é focada por uma lente pequena. A luz que incide sobre o chip bate nos elétrons livres de alguns dos átomos de silício, produzindo um sinal que a parte eletrônica do chip converte em uma imagem ou outras informações úteis.
Fotodetectores de silício sofrem, todavia, uma desvantagem: eles são inflexíveis. Também não são particularmente baratos. E eles não são tão sensíveis. Eles absorvem apenas 10-20% da luz que incide sobre eles. Durante anos, portanto, os engenheiros estão a procura de baratos, flexíveis e sensíveis fotodetectores.
Tal dispositivo pode ter muitas aplicações: novas roupas eletrônicas, por exemplo. Com um pouco de engenharia inteligente, o Grafeno parece caber na conta. Por si só, o Grafeno é pior do que o Silício na absorção de luz. Segundo o Dr. Koppens apenas 2,7% dos fótons que caem sobre ele são capturados. Mas ele e os seu Colega Gerasimos Konstantatos conseguiram aumentar para mais de 50% espalhando minúsculos cristais de sulfureto de chumbo na superfície do material.
Estes cristais são tão pequenos (três a 10 nanômetros de diâmetro, um nanômetro é um bilionésimo de metro) que são conhecidos como pontos quânticos, porque em dimensões medidas em nanômetros os estranhos efeitos da mecânica quântica começam a se manifestar. Um deles é que o tamanho de um ponto quântico afeta a cor da luz que ele melhor absorve.
Quanto maior o ponto, mais vermelha a luz , e menor, ao contrário, mais azul. Isso permite que o Dr. Koppens e Dr. Konstantatos cosigam abranger todos os comprimentos de onda do ultravioleta ao infravermelho, aumentando a utilidade de qualquer fotodetector que possa surgir. Infra-vermelho, por exemplo, é importante nas telecomunicações e visão noturna. Comprimentos de onda visíveis, pelo contrário, são necessários para as câmaras e células solares.
Segundo o Dr. Koppens, a interação entre os pontos e o Grafeno funciona porque o Grafeno tem tantos elétrons móveis em sua estrutura. (Esta é a razão pela qual é tal um bom condutor de calor e eletricidade).
Esta abundância de elétrons livres torna particularmente sensível às mudanças induzidas em um ponto quântico quando ele absorve um fóton de luz: cada fóton incidente mobiliza cerca de 100 milhões de elétrons . No jargão da engenharia eletrônica, portanto, o quantum ponto-grafeno híbrido tem enorme alta de "ganho" .
E isso significa que o material pode ter aplicações ainda mais amplas do que as câmeras snazzy e roupas inteligentes. O que o Dr. Koppens e o Dr Konstantatos realmente fazem é criar as entranhas de um transistor, que é regulado pela luz.Transistores comuns são interruptores em que uma corrente elétrica (geralmente uma fraca) é usado para regular a passagem de uma outra (em geral, muito mais forte). Qualquer sinal transportado pela corrente fraca é, assim, amplificado em um transportado pela corrente forte -um sistema de alto ganho.
Esses transistores são os cavalos de batalha da eletrônica convencional. Mas os transistores optoeletrônicos, particularmente aqueles com ganho elevado, são muito mais difíceis de fazer. Que é uma pena, pois eles são muito demandados no mundo em redes de telecomunicações, no qual os sinais são processados localmente como elétrons, mas são transmitidas de longa distância como luz.
No momento Dr Koppens e seus colegas dizem que objetivo deles é criar "o detector mais fino e mais flexível do mundo". É notável, entretanto , que eles realmente depositaram o seu experimento quantum ponto-Grafeno em um pedaço de Silício. Seu propósito em fazê-lo foi o de mostrar que as malhas tecnológicas com o padrão de técnicas de processamento de Silício usadas para fazer os chips de computador.
Muitos tentaram superar as barreiras que se interpõem no caminho da integração das tecnologias da informação que são baseados em elétrons como aquelas baseadas em fótons, e ninguem tem inequivocamente sucesso. Se o Dr. Koppens é o homem para fazê-lo continua a ser visto. Mas se ele é, então certamente terá justificado o bafafá que o Grafeno despertou.
Fonte: http://www.economist.com/node/21554503/print
Traduzido: Maurício Luiz Moresco
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