Experimentos realizados na Universidade de Manchester mostram que esse material pode no futuro colaborar com a produção de energia limpa e novos dispositivos eletrônicos.
O físico brasileiro Raimundo da Costa Filho, professor da Universidade Federal do Ceará (UFC), e o cientista belga François Peeters, professor visitante da instituição brasileira, participaram de uma pesquisa inédita, em colaboração internacional com cientistas da Universidade de Manchester, na Inglaterra, que poderá colaborar no futuro em favorecer a criação de novos transistores e sistemas eletrônicos, e até na redução de CO2 de reações eletrocatalíticas. O artigo “Control of proton transport and hydrogenation in double-gated graphene” foi publicado no dia 19 de junho na revista Nature.
“A pesquisa mostra que o sistema pode criar uma porta lógica, para desenvolver a eletrônica. E, além disso, pode abrir novas possibilidades para reações eletrocatalíticas seletivas”, diz Raimundo, também presidente da Fundação Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico (FUNCAP), que participou do estudo enquanto físico teórico para o cálculo dos potenciais eletrônicos desse sistema.
Os cientistas da Universidade de Manchester descobriram que, ao injetar plasma de hidrogênio sob uma folha de grafeno e aplicar uma voltagem limite, o material permite a passagem de prótons do gás. A nuvem densa de elétrons que existe no grafeno, muitas vezes, recombina-se com esses prótons criando “defeitos”, fazendo com que o material tenha diferentes níveis de comportamento isolante, algo que pode ser útil desde o desenvolvimento de transistores a memórias para computação.
“A interação entre o grafeno e esses prótons em movimento também pode ser útil para computação. Além de permearem o grafeno, os prótons podem se ligar aos seus elétrons. E, embora o grafeno puro tenha uma condutividade elétrica excepcional — melhor que a dos metais — o material torna-se um isolante elétrico se um número suficiente de seus elétrons se ligarem aos prótons que chegam. Mas sua condutividade pode ser restaurada usando um eletrodo (conhecido como gate) para aplicar um campo elétrico que bombeia elétrons para o grafeno. A capacidade de alternar entre dois estados condutivos (isolante e condutor) torna o sistema adequado para desenvolver transistores, que são os blocos de construção dos computadores”, informa artigo de divulgação científica da própria Nature, na seção News & Views, traduzida pelo professor Raimundo, que ainda coordena e apresenta o programa Falando Ciência na Rádio universitária (FM 107,9).
“Embora não haja uma conexão direta imediata entre a pesquisa mencionada e a eletrólise da água para produção de hidrogênio verde, a capacidade de manipular prótons em nanoescala abre um caminho promissor para o desenvolvimento de catalisadores mais eficientes, o que poderia revolucionar a produção de hidrogênio verde no futuro”, diz Raimundo, em entrevista ao Boletim SBF.
De acordo com a Nature, há detalhes importantes ainda a serem resolvidos. “O estado condutor foi mantido enquanto a soma das voltagens foi empurrada para um valor limite, um leve aumento além do qual rapidamente levou o sistema ao estado isolante. Mais trabalho é necessário para entender se isso ocorre devido a um ‘efeito avalanche’ na ligação de prótons. Também seria interessante saber se os defeitos causados pelo hidrogênio são menos propensos a se aglomerar nesta configuração do que no experimento com plasma de hidrogênio. Isso poderia abrir caminho para aplicações, como transistores de alto desempenho e camadas magnéticas ultrafinas, que se beneficiariam da rede cristalina de grafeno tendo defeitos sob medida.”
(Colaborou Roger Marzochi)