Eletrons invisiveis

Eletrônica

Invisibilidade de elétrons pode mudar eletrônica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 16/10/2012

O diagrama mostra o fluxo de probabilidade dos elétrons, uma representação do caminho que eles tomam ao atravessar as nanopartículas "invisíveis".[Imagem: Bolin Liao et al./PRL]

Caminho aberto para os elétrons

Os mantos da invisibilidadeestão sendo aprimorados para esconder "coisas" dos fótons, impedindo que as tais coisas sejam vistas.

Bolin Liao, do MIT, teve uma ideia inusitada, mas altamente promissora: esconder as coisas não dos fótons, mas dos elétrons.

Se os elétrons que estiverem circulando por um circuito não perceberem a existência de partículas com as quais eles não deveriam interagir, isso pode levar à criação de circuitos eletrônicos e materiais termoelétricos muito mais eficientes.

Invisibilidade de elétrons

Os elétrons viajam através de um material de forma muito similar ao movimento das ondas eletromagnéticas, o que inclui a luz - o comportamento dos elétrons pode ser descrito por equações de onda.

Foi aí que ocorreu a Liao a ideia de usar os metamateriais usados nos mantos de invisibilidade para "enganar" os elétrons.

Para isso, ele idealizou a criação de nanopartículas com um núcleo de um material e um revestimento externo de outro material.

Em vez de contornarem o objeto - como ocorre com a luz nos mantos de invisibilidade - os elétrons na verdade vão atravessar as nanopartículas.

Como elas são compostas por dois materiais diferentes, o elétron primeiro irá fazer uma curva numa direção e, logo a seguir, fará uma outra curva na direção oposta, saindo do outro lado com a mesma trajetória com que entrou.

Nas simulações em computador tudo funciona perfeitamente quando as nanopartículas são feitas com materiais semicondutores.

Mas, agora que vão partir para a verificação do efeito na prática, os pesquisadores estão pensando em usar folhas de grafeno, que podem oferecer propriedades adicionais muito interessantes - como a altíssima velocidade de trânsito dos elétrons, por exemplo.

Termoelétricos eficientes

O maior interesse da equipe está na construção de materiais termoelétricos, que produzem eletricidade a partir de um gradiente de temperatura - o que permite aproveitar todo o calor desperdiçado hoje, seja de um processador, do motor de um carro ou da caldeira de uma indústria.

O problema é que os materiais termoelétricos exigem uma elevada condutividade elétrica convivendo com uma baixa condutividade termal, algo muito difícil de obter.

As simulações mostram que a "invisibilidade de elétrons" pode apresentar essa propriedade com alta eficiência.

Outra possibilidade é a criação de um novo tipo de transístor, em que os estados aberto e fechado serão representados pelo estado do material, opaco ou transparente aos elétrons.

"Nós estamos muito no começo. Não temos certeza ainda de até onde isso poderá ir, mas há potencial para aplicações muito significativas," disse o Dr. Gang Chen, coordenador do estudo.

Bibliografia:

Cloaking Core-Shell Nanoparticles from Conducting Electrons in Solids
Bolin Liao, Mona Zebarjadi, Keivan Esfarjani, Gang Chen
Physical Review Letters
Vol.: 109, 126806
DOI: 10.1103/PhysRevLett.109.126806