MATERIAL QUÂNTICO: GRAFENO

Grafeno na nova eletrônica

Material pode ser a base de um hipotético nanotransistor quântico

MARCOS PIVETTA | Edição 184 - Junho de 2011

© UNIVERSIDADE DE MANCHESTER

Filme de carbono com apenas um átomo de espessura e dotado de uma estrutura hexagonal, o grafeno é uma das esperanças para o desenvolvimento de uma nova eletrônica, a spintrônica, que poderá levar ao surgimento de computadores quânticos, ainda menores e mais rápidos. Nesse novo mundo, a informação magnética não seria transmitida apenas pela corrente elétrica, como ocorre nos micros atuais, 
mas fundamentalmente por outra propriedade dos elétrons, por seu spin. Como só existem dois valores possíveis para o spin, esse estado do elétron pode ser útil para armazenar e propagar dados na forma de bits. Mas o sinal gerado pela corrente de spin é extremamente fraco e tende a se propagar em todas as direções, duas características que dificultam seu controle e detecção. De acordo com um trabalho recente de físicos teóricos brasileiros, esses empecilhos são aparentemente contornáveis no grafeno, um candidato a tomar o lugar do silício nos circuitos integrados do futuro: o spin de seus elétrons pode ser amplificado e controlado por meio de um mecanismo que funciona como uma lente, criando a possibilidade de o material ser usado como um nanotransistor quântico.

“Provamos matematicamente que o grafeno pode atuar como uma lente e redirecionar a corrente de spin de uma fonte magnética para uma determinada região onde se encontra uma unidade receptora”, diz o físico brasileiro Mauro Ferreira, do Trinity College, de Dublin, que participou do estudo, publicado na edição de maio do Journal of Physics: Condensed Matter, ao lado de colegas da Universidade Federal Fluminense (UFF). “Dessa forma, uma parte da informação que seria perdida pode ser resgatada.” Nada disso ainda foi feito em laboratório, apenas esboçado em trabalhos teóricos. Depois de uma série de cálculos, os pesquisadores afirmam que o grafeno, um material mais resistente do que o aço e melhor condutor de eletricidade do que o cobre, pode se comportar como um transistor de spin se exposto a certas condições. 
O artigo é o terceiro do grupo de físicos a explorar teoricamente as possibilidades do uso de nanotubos de carbono e do grafeno na spintrônica. Os dois estudos anteriores saíram no ano passado na Physical Review B.

Para transformar o spin do grafeno num meio capaz de transmitir informação num sistema quântico, os brasileiros trabalharam com um cenário bastante particular. A criação de uma corrente de spin foi simulada por meio da inserção de um objeto magnético na arquitetura atômica em forma de colmeia do grafeno, composta apenas por carbonos. “Imagine um pequeno ímã em movimento rotatório numa folha de grafeno”, compara Ferreira. A presença desse objeto estranho faria o spin dos elétrons de carbono vibrarem sucessivamente da mesma maneira. A vibração do spin de um elétron seria então repassada a seu vizinho e assim por diante. O problema é que uma corrente de spin se dissemina, sem controle, por todas as direções do grafeno. “A exemplo das ondas criadas por uma pedra jogada num lago, essa corrente é mais fraca à medida que se distancia de sua origem”, diz o pesquisador

Pequena perda de energia
O passo seguinte da simulação foi dividir o filme de grafeno em duas partes e alterar a densidade de carga elétrica numa delas. O procedimento geraria nesse segmento do grafeno um potencial de porta, um caminho para o qual a corrente de spin se dirigiria e por meio do qual se disseminaria pelo material. “A corrente de spin não dissipa calor no grafeno e a perda de energia num sistema assim seria mínima. Um dispositivo que funcionasse por meio dessa corrente consumiria pouquíssima energia”, afirma o físico Roberto Bechara Muniz, da UFF, outro autor do trabalho. Além de canalizar a corrente de spin para uma região específica do grafeno e, assim, amplificar seu sinal, a criação da porta funcionaria como uma chave para ligar e desligar o transistor. Permitiria barrar ou liberar a passagem da corrente de spin. “Nosso trabalho dá apenas uma pequena contribuição sobre essa questão, mas mostra ser possível controlar a corrente de spin no grafeno”, diz Muniz. Especialista em spintrônica, José Carlos Egues, do Instituto de Física de São Carlos, da Universidade de São Paulo, que não participou dos trabalhos de Ferreira e Muniz, considera os resultados interessantes, mas ainda muito preliminares. “Mais estudos são necessários para explorar a viabilidade da proposta e a sua relevância para aplicações em spintrônica”, comenta Egues.

Por didatismo, o spin é descrito como o movimento feito por um elétron ao girar em torno do próprio eixo como um pião. Há duas formas de spin, uma com rotação para cima e outra para baixo. 
Na verdade, o fenômeno é mais complicado do que isso e um elétron pode apresentar simultaneamente as duas variantes de spin. Em termos práticos, o desenvolvimento de uma nova eletrônica depende do pleno domínio da corrente de spin, como se tem atualmente da corrente elétrica, e de ter meios eficazes de controlar a conversão de um tipo de spin para outro. Físicos de todo o mundo têm tentado criar correntes de spin em materiais semicondutores e também no grafeno, um cristal bidimensional com um conjunto de propriedades singulares.

Num artigo publicado na revista científica americana Science de 15 de abril deste ano, Andre Geim e Konstantin Novoselov, físicos da Universidade de Manchester que ganharam o Nobel de Física de 2010 por seus trabalhos com o grafeno, mostraram indícios de que esse material pode mesmo transmitir uma corrente de spin. Eles aplicaram um campo elétrico entre dois eletrodos situados um milionésimo de metro de uma folha desse material e mediram a voltagem numa região distante 10 milionésimos de metro dos eletrodos. Quando o grafeno foi exposto a um campo magnético, a voltagem se tornou mais elevada. Essa variação, segundo os autores do estudo, é uma evidência de que há uma corrente de spin passando pelo grafeno.

Artigo científico
Guimarães, F.S.M. et al. Graphene as a non-magnetic spin current lens. Journal of Physics: Condensed Matter. v. 23, n. 17. 
4 mai. 2011.

Um concorrente do grafeno

Um composto usado há décadas como lubrificante industrial tornou-se um bom candidato a ocupar uma posição de destaque na nova eletrônica. Estudos indicam que, em sua forma bidimensional, o dissulfeto de molibdênio (MoS2) parece possuir muitas das qualidades do grafeno, um dos materiais mais promissores da atualidade, e apresenta ainda uma importante vantagem extra. Com o MoS2 é mais fácil construir transistores que possam ser ligados e desligados, algo muito complicado de se fazer num circuito eletrônico à base de grafeno. Pesquisadores do Massachusetts Institute of Technology (MIT)  conseguiram fabricar uma série de componentes eletrônicos com o dissulfeto de molibdênio, como um inversor de voltagem, um tipo de porta lógica e uma memória (Nano Letters, on-line, 3 de agosto). O novo material é tão fino que se torna transparente e pode ser depositado sobre vários tipos de superfície. “Estamos no  momento mais excitante da eletrônica dos últimos 20 ou 30 anos e portas para novos materiais e aparelhos estão sendo abertas”, diz Tomás Palacios, um dos autores do estudo. O primeiro trabalho a explorar as potencialidades do MoS2 em sua forma bidimensional  foi publicado no ano passado por  pequisadores suíços.

OPINIÃO

OPINIÃO

PRESIDENTES FELIZES E SORRIDENTES

Ao ver a foto dos cinco maiores responsáveis pela atual situação do nosso Brasil, felizes e sorridentes, com o avião “Aerolula” ao fundo, ficamos pensando na atuação de cada um deles como Presidente da República: 

·        Fernando Henrique, o culpado pela ascensão do PT ao poder;

·        Sarney, o pior presidente que o Brasil já teve;

·        Collor, aquele que saiu tocado após os escândalos de corrupção;

·        Lula, o pai e mentor do mensalão;

·        Dilma, a mãe da queda vertiginosa da nossa economia. 

De que eles riem? Só pode ser de nós! Os bobos que votamos neles!

Enquanto isso, os preços dos produtos vendidos no Brasil, custam, em média, três vezes mais que os produtos vendidos nos EUA. Seria vantajoso para as indústrias se estabelecerem aqui no Brasil, com um povo com poder aquisitivo maior que o poder de compra dos americanos. Entretanto, isso tudo é falso, quem lucra é o governo brasileiro que abocanha, em impostos, 50% ou mais de toda essa renda, devido a altíssima carga tributária imposta aos produtos de qualquer natureza.  Por isso, o PIB está descendo e a carga tributária está subindo. 

O estranho, é que os políticos que causam toda essa anomalia estão bem cotados junto aos eleitores, continuam sendo reeleitos. 

DILMA E MANTEGA NO ELEVADOR:

Mantega, você soltou um PIB, não, foi só um PIBINHO. 

A LOUCA DE ALBANO

Mais uma poesia que tem grande significado para mim, pois, com muita alegria consegui lembrar o nome e achá-la na internet, poesia esta que minha mãe, velha professora, declamava nas festas escolares e em solenidades públicas, há mais de 60 anos. Trata-se de “A LOUCA DE ALBANO”, de autoria desconhecida e que me emocionava e me emociona até hoje. Publico a mesma por se tratar de uma joia que deve ser lembrada por todos, apesar do tema não ser muito agradável.

"A Louca de Albano"

- Anda cá, meu filho, escuta: És amigo de sua mãe?
- Oh, minha mãe, que pergunta?
- Basta, meu Paulo, pois bem. Vai ver a velha Vicenza o amor que o filho lhe tem. Faz hoje 20 anos que teu pai morreu a golpe deste ferro, para meu mal e eu, a vir vingá-lo, fiz uma jura fatal...
- Uma jura? Mãe santíssima! Oh, minha mãe, o que jurou?
- Eu jurei por este sangue, que em ferrugem se tornou, que tu Paulo matarias, quem teu pai matou.
- E matas, meu filho?
- Mato.
- Matas, seja quem for?
- Mato.
- Ainda que esta vingança lhe roube do seio o amor?
– Mato.
- Tome este ferro, é Ricardo o matador.
- Ricardo, o pai de Maria? Oh, minha mãe, perdoai...
- Pela amante o pai esquece, filho ingrato, parte e vai, cumpre a jura ou sê maldito se não vingares a teu pai.
Nesta noite, tinto em sangue, com os cabelos no ar, o assassino de Ricardo, foi aos pés da mãe prostar o punhal com que jurara, do pai a morte vingar.
Riu-se a velha de contente e abraçou o vingador, mas que de súbito aparece na porta uma estátua de dor:
- Paulo, meu Paulo, perdi meu pai não vês? As lágrimas que aqui derramo assistiram ao triste fim. Quis falar-me e já não pode, com os olhos fixos em mim, expirou... "Vingança eterna". Tu vingas, meu Paulo, sim?
- Vingo, Maria, sossega, eu sei quem teu pai matou, vai morrer com o mesmo ferro que a pouco o transpassou.
Assim disse e a punhalada no próprio peito cravou...
Foge a moça espavorida, deixa Albano sem parar, chega a Roma no outro dia, por toda parte a gritar:
- "Quem me mata por piedade, quem me acaba de matar?"
E assim vagou três dias, sendo que no quarto enlouqueceu, quando passa o viajante, quando passa o Coliseu, vê a triste às gargalhadas, vingança pedindo a Deus...
- Ha, ha, ha, ha, ha, ha, ha...

O ESTUDANTE ALSACIANO

 "O Estudante Alsaciano"

Desde criança tenho a lembrança de escutar minha avó recitando um poema em especial. Minha mãe diz que minha bisavó costumava recitá-lo também com uma sensibilidade impressionante (é a lembrança mais forte que ela tem da avó dela). Nunca ouvi minha bisa, mas posso dizer que a minha avó o declama com tanta emoção que mesmo sem entender muito bem do que se tratava, eu ficava arrepiada. Meus olhos enchiam d´água no final. Na verdade, enchem até hoje, mesmo ouvindo várias vezes. 

Passaram-se os anos, me formei em História, virei professora e um dia dando uma aula sobre Primeira Guerra Mundial lembrei do poema de minha avó que tem como objeto as tensões geradas pela anexação de Alsácia pela Alemanha, depois da Guerra Franco-Prussiana de 1870.

Sim, é uma poesia francófila, nacionalista, mas ainda assim me emociono. Não por levantar a bandeira da França, mas pela brava atitude do rapaz que poderia ser qualquer um em qualquer outro lugar do mundo.

Alsácia é um território localizado na fronteira da França com a Alemanha e rica em reservas de carvão. Foi anexada pela França durante o reinado de Luis XIV (1643-1715), mas desde 500 havia sido povoada principalmente por povos de origem germânica. Da mesma forma que o francezinho na poesia resiste ao severo professor alemão, alguns séculos antes, muitos germânicos resistiram à imposição dos costumes franceses.

Quando os germânicos anexaram este território durante o processo de Unificação da Alemanha, no final do século XIX, a cultura francesa já estava bastante enraizada e aí houve o movimento inverso. Desta vez, houve uma imposição da cultura alemã sobre os franceses e, como consequência, gigantescas migrações (tanto de franceses fugindo do território, quanto de alemães se mudando para lá) ocorreram. Com o fim da Primeira Guerra Mundial e a assinatura do Tratado de Versalhes, Alsácia voltou para as mãos da França e qualquer vestígio de identidade germânica foi duramente reprimido. Na Segunda Guerra Mundial, novamente passou para as mãos da Alemanha (note-se que não como território ocupado, mas como parte integrante da Grande Alemanha, sendo seus cidadãos convocados para a guerra como qualquer alemão) e houve um movimento de combate à cultura francesa.

Finalmente, em 1944, Alsácia voltou ao domínio francês e, mais uma vez, políticas de repressão à identidade germânica foram implementadas - situação que só se flexibilizou nos anos 90. Até 1984, o uso da língua alemã em jornais era restrito a um máximo de 25%!

Portanto, sem dúvida alguma, é um assunto complexo e polêmico. Tanto a França quanto a Alemanha recebem respaldo por parte da população no momento das anexações, já que ali residem tanto pessoas mais identificadas com a cultura francesa, quanto com a cultura alemã.

Reitero aqui que, com este poema, não estou tomando o partido da França. Da mesma forma que foi um francês, poderia ter sido um alemão em outra circunstância histórica. Mas que este poema é um belo presente para a cultura universal, isso é. Uma pena que vocês não possam ouvir minha avó declamando.... é de arrepiar!

O estudante alsaciano

Antigamente, a escola era risonha e franca,
Do velho Professor as cãs, a barba branca,
Infundiam respeito, impunham simpatia,
Modelando as feições do velho, que sorria
E era como criança em meio das crianças.
Como ao pombal correndo em bando as pombas mansas,
Corriam para a escola; e nem sequer assomo
De aversão ou desgosto, ao ir para ali como
Quem vai para uma festa. Ao começar o estudo,
Eles, sem um pesar, abandonavam tudo,
E submissos, joviais, nos bancos em fileiras,
Iam todos sentar-se em frente das carteiras,
Atentos, gravemente, uns pequeninos sábios.
E o velho professor, tendo sempre nos lábios
Uma frase a animar aquele bando imbele,
Ia ensinando a este, ia emendando áquele,
De manso, com carinho e paternal amor.

Por fim, tudo mudou. Agora o professor,
Um grave pedagogo, é austero e conciso;
Nunca os lábios lhe abriu a sombra de um sorriso.
E aos pequenos mudou em calabouço a escola!
Pobres aves, sem dó, metidas na gaiola!
Lá dentro, hoje, o francês é lí­ngua morta e muda:
Unicamente o alemão ali se fala e estuda,
São alemães o mestre, os livros e a lição;
A Alsácia é alemã; o povo é alemão,
Como na própria pátria é triste ser proscrito!
Ferquentava também a escola um rapazito
De severo perfil, enérgico, expressivo,
Pálido, magro, o olhar inteligente e vivo
Mas de í­ntima tristeza aquele olhar velado
Modesto no trajar, de luto carregado...
-Pela Pátria, talvez! - Doze anos só teria.
O mestre, de uma vez, chamou-o a geografia:

-"Diz-me cá, rapaz... Que é isso? estás de luto?
Quem te morreu?"
-"Meu pai, no último reduto,
Em defesa da Pátria!"

-"Ah! sim, bem sei, adiante...
Tu tens assim um ar de ser bom estudante,
Quais são as principais nações da Europa? Vá!"

-"As principais nações são... a França..."
-"Hein? que é lá?...
Com que então, a primeira a França!Bom começo!
De todas as nações, pateta, que eu conheço,
Aquela que mais vale, a que domina o mundo,
Nas grandes concepções e no saber profundo,
Em riqueza e esplendor, nas letras e nas artes,
Que leva o seu domínio ás mais remotas partes,
A mais nobre na paz, a mais forte na guerra,
De onde irradia a ciencia a iluminar a terra,
A maior, a mais bela, a que das mais desdenha,
Fica-o sabendo tu, rapaz, é a Alemanha!"

Ele sorriu com ar desprezador e altivo,
E a cabeça agitou num gesto negativo.
E tornou com voz firme:

-"A França é a primeira!"
O mestre furioso, ergue-se da cadeira,
Bate o pé e uma praga enérgica se lhe escapa.

-"Sabes onde está a França? Aponta-ma no mapa!"
O aluno ergue-se então, os olhos fulgurantes,
O rosto afogueado; e enquanto os estudantes
Olham cheios de assombro aquele destemido,
Ante o mestre, nervoso, audaz e comovido,
Tí­mido feito herói, pigmeu tornado atleta,
Desaperta febril, a sua blusa preta,
E batendo no peito, impávida, a criança

Exclama: 

-"É aqui dentro! aqui é que está a França!"

 

  Acácio Antunes

Notas sobre o Autor: Acácio Graciano Antunes Brás, nasceu na Figueira da Foz em 26 de Agosto de 1853 e faleceu em Lisboa em 2 de Abril de 1927, Jornalista, teatrólogo, escritor e poeta de grande mérito, tendo escrito cerca de 60 obras sobre teatro, nomeadamente comédias, revistas, cançonetas, operas cómicas e operetas, sendo autor deste conhecido monólogo. (in Figueira.net, a Figueira da Foz na Internet )

EMENDA: 

Minha mãe, hoje, com 96 anos, ainda declama esta bela poesia, que com muita alegria, publico para o conhecimento de todos vocês.