Quando previsões de químicos teóricos se tornam realidade
- Multiversolab7
- 27 de jul. de 2020
- 2 min de leitura
Estrutura de favo de mel-kagome. Crédito: Yu Jing
Thomas Heine, professor de química teórica na TU Dresden, juntamente com sua equipe, previu pela primeira vez um polímero topológico em 2-D em 2019. Apenas um ano depois, uma equipe internacional liderada por pesquisadores italianos conseguiu sintetizar esses materiais e provar experimentalmente sua topologia. Para a renomada revista Nature Materials , essa foi a ocasião para convidar Thomas Heine para um artigo da News and Views, publicado esta semana. Sob o título "Transformando polímeros topológicos em 2D em realidade", o Prof. Heine descreve como sua teoria se tornou realidade.
Os materiais ultrafinos são extremamente interessantes como blocos de construção para dispositivos nano eletrônicos da próxima geração, pois é muito mais fácil criar circuitos e outras estruturas complexas, moldando as camadas 2-D nas formas desejadas. Thomas Heine, professor de química teórica da TU Dresden, está trabalhando na previsão de tais materiais inovadores. Suas propriedades podem ser calculadas com precisão usando métodos modernos de química computacional, mesmo antes de serem realizados em laboratório.
Esta pesquisa é particularmente interessante para polímeros 2-D: seu tipo de treliça é definido pela forma de seus blocos de construção, e esses podem ser selecionados a partir da variedade quase infinita de moléculas orgânicas planas que correspondem à estrutura necessária. Um exemplo particularmente interessante é a rede kagome, que consiste nos cantos e nas bordas de uma telha tri-hexagonal. Em 2019, Yu Jing e Thomas Heine propuseram sintetizar esses polímeros 2-D a partir de moléculas orgânicas triangulares (os chamados triangulenos). Esses materiais têm uma estrutura combinada de favo de mel-kagome (veja a figura). Seus cálculos sugerem que essas estruturas 2-D combinam as propriedades do grafeno (portadores de carga quase sem massa) com as dos supercondutores (bandas eletrônicas planas).
Agora, o cientista italiano de materiais Giorgio Contini e sua equipe internacional conseguiram sintetizar esse polímero kagome em favo de mel 2-D , conforme publicado na Nature Materials no início desta semana. Um método inovador de síntese de superfície tornou possível produzir cristais de alta qualidade, adequados para a caracterização experimental de propriedades eletrônicas.
De fato, as fascinantes propriedades topológicas previstas foram reveladas. Assim, pela primeira vez, foi possível provar experimentalmente que os materiais topológicos podem ser realizados através de polímeros 2-D.
A pesquisa em polímeros 2-D é, portanto, colocada em uma base sólida. A rede kagome descrita aqui é apenas um exemplo de centenas de possibilidades para conectar moléculas planas a redes regulares. Para algumas dessas variantes, outras propriedades eletrônicas interessantes já foram previstas teoricamente. Isso abre inúmeras novas possibilidades para teóricos e experimentalistas de química e física desenvolverem materiais com propriedades anteriormente desconhecidas.
Heine explica: "Esses resultados mostram que os polímeros em 2-D podem ser materiais com propriedades eletrônicas úteis, embora suas estruturas tenham uma malha muito mais larga que os materiais eletrônicos comuns, com distâncias de mais de um nanômetro entre os pontos da rede. O pré-requisito Os materiais são de excelente qualidade estrutural, o que inclui alta cristalinidade e baixa densidade de defeitos. Outra contribuição importante dos colegas do Prof. Contini é que, embora os polímeros 2-D tenham sido produzidos em uma superfície de metal, eles podem ser destacado e transferido para qualquer outro substrato, como óxido de silício ou mica, e assim ser incorporado a dispositivos eletrônicos. "
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