Pequenos espirais podem ter grande impacto

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Esta espiral microscópica e retorcida foi “crescida” depositando folhas de material 2D sobre um substrato ligeiramente curvo ao deslizar uma nanopartícula por baixo.

Exibe propriedades supercondutoras interessantes, ajustáveis, de acordo com os químicos que o criaram, tornando-se um importante desenvolvimento no intrigante mundo da twistrônica.

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“Esta é a fronteira atual da pesquisa de materiais 2D”, diz Song Jin, da University of Wisconsin-Madison, EUA. 

“Nos últimos anos, os cientistas perceberam que quando você faz uma pequena torção entre as camadas atômicas – geralmente alguns graus – você cria propriedades físicas muito interessantes, como a supercondutividade não convencional.”

Em um artigo na revista Science, Jin e seus colegas descrevem sua maneira de controlar o crescimento de espirais microscópicas e retorcidas de materiais que têm apenas um átomo de espessura, permitindo-lhes construir pilhas de materiais que se retorcem continuamente.

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A prática padrão, diz o primeiro autor Yuzhou Zhao, é empilhar mecanicamente duas folhas de materiais finos uma sobre a outra e controlar manualmente o ângulo de torção entre elas. Mas quando você cresce esses materiais 2D diretamente, você não pode controlar o ângulo porque as interações entre as camadas são muito fracas.

A alternativa, diz Jin, é olhar para fora do mundo da geometria euclidiana, com seus planos planos, linhas retas e ângulos retos, e pensar em curvas.

Sua equipe torceu espirais tirando vantagem de uma imperfeição nos cristais em crescimento, chamada de deslocamentos de parafuso. 

Pequenos espirais podem ter grande impacto
Foto: (reprodução/ internet)

Em materiais 2D, os deslocamentos fornecem um degrau para seguir as camadas da estrutura à medida que ela espirala como uma rampa de estacionamento com todas as camadas em toda a pilha conectadas, alinhando a orientação de cada camada.

Para fazer crescer uma estrutura espiral não-euclidiana e fazer as espirais girarem, os pesquisadores mudaram a base a partir da qual suas espirais cresceram.

Em vez de crescer cristais em um plano plano, Zhao colocou uma nanopartícula, como uma partícula de óxido de silício, sob o centro da espiral. Durante o processo de crescimento, a partícula rompe a superfície plana e cria uma base curva para o crescimento do cristal 2D.

O que eles descobriram, eles dizem, é que em vez de uma espiral alinhada onde a borda de cada camada fica paralela à camada anterior, o cristal 2D forma uma espiral de múltiplas camadas que se torce continuamente e se torce previsivelmente de uma camada para a outra.

O ângulo da torção interlayer surge de uma incompatibilidade entre os cristais 2D planos (euclidianos) e as superfícies curvas (não euclidianas) nas quais eles crescem.

Zhao então desenvolveu um modelo matemático simples para prever os ângulos de torção das espirais, com base na forma geométrica da superfície curva, e suas formas espirais modeladas combinavam bem com as estruturas crescidas.

Quando as espirais foram examinadas em um microscópio eletrônico, as imagens mostraram que os átomos em camadas torcidas vizinhas formaram um padrão de interferência de sobreposição esperado, chamado de padrão moiré.

Agora podemos seguir um modelo racional enraizado na matemática para criar uma pilha dessas camadas 2D com um ângulo de torção controlável entre cada camada e elas são contínuas”, sugere Zhao.

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Traduzido e editado por equipe Isto é Interessante 

Fonte:Cosmos Magazine 

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