Propriedades recordistas do grafeno são encontradas em material 3D
[Imagem: Jonathan Alaria/Blender]
Equivalente 3D do grafeno
O grafeno é um dos materiais de alta tecnologia mais conhecidos no mundo todo – mas também um dos menos usados.
E a razão para isto é prática: O grafeno é famoso por ser incrivelmente forte, leve e um excelente condutor de eletricidade, com aplicações que vão da eletrônica à tecnologia aeroespacial e médica, mas justamente sua estrutura bidimensional (2D), com uma única camada atômica, o torna mecanicamente frágil, dificultando sua fabricação e limitando seu uso em aplicações em larga escala.
Mas talvez não seja necessário abrir mão de nenhuma das duas coisas, nem da praticidade e nem das propriedades impressionantes do grafeno.
Hai Lin e colegas da Universidade de Liverpool, na Inglaterra, acabam de descobrir uma das características mais valiosas do grafeno – a velocidade recorde de condução dos elétrons – em um material 3D já bem conhecido dos cientistas e engenheiros, o HfSn2 (estaneto de háfnio, ou ditinureto de háfnio), um composto formado pelos elementos háfnio e estanho.
A descoberta dessas características inovadoras em um material comum abre o caminho para o desenvolvimento de materiais mais estáveis e robustos, que ainda apresentem um comportamento eletrônico avançado, incluindo um baixo consumo de energia. Materiais assim são candidatos naturais para a fabricação de componentes eletrônicos (baseados na eletricidade) e spintrônicos (baseados no magnetismo) de próxima geração, que são fundamentais para as futuras tecnologias de computação.
[Imagem: Hai Lin et al. – 10.1016/j.matt.2025.102578]
O melhor do 2D agora em 3D
O HfSn2 pertence a uma classe de materiais conhecidos como compostos intermetálicos, formados pela combinação de dois ou mais metais em proporções bem definidas, criando estruturas cristalinas diferentes daquelas dos seus elementos constituintes.
O que a equipe descobriu é que o HfSn2 contém camadas em forma de favo de mel dispostas em três dimensões, formando um padrão de empilhamento quiral especial semelhante à torção das moléculas de DNA. Essa disposição preserva o comportamento eletrônico único normalmente observado apenas em materiais 2D.
Essas camadas em forma de favo de mel também permitem que o material abrigue pontos de Weyl, que são pontos incomuns na estrutura eletrônica que aumentam drasticamente a facilidade com que os elétrons se movem – também conhecidos como férmions de Weyl, eles podem ser vistos como partículas tão promissoras que poderão revolucionar toda a tecnologia atual. Como resultado, os elétrons no HfSn2 se comportam como se estivessem se movendo em um material 2D, embora a estrutura em si seja totalmente 3D, muito mais fácil de sintetizar e inserir em outras estruturas.
[Imagem:Baseado em Hai Lin et al. – 10.1016/j.matt.2025.102578]
Forma que gera função
O fato de que os elétrons se movem no HfSn2 tridimensional como se comportam em uma camada monoatômica significa que o comportamento eletrônico pode ser separado da estrutura real do material. O efeito prático é que torna-se possível obter um desempenho semelhante ao de um sistema 2D em materiais muito mais robustos.
“Nós nos perguntamos: Os materiais precisam ser bidimensionais para se comportarem como o grafeno, ou podemos criar propriedades semelhantes às do grafeno em tipos de materiais completamente diferentes, com dimensões estruturais maiores? Estes resultados mostram o poder da química em gerar propriedades contra-intuitivas, controlando os arranjos atômicos que determinam a função, e sugerem que pode haver oportunidades mais amplas para gerar alta mobilidade bidimensional para dispositivos eletrônicos de baixo consumo de energia, além da dependência de materiais estruturalmente em camadas,” disse o professor Matt Rosseinsky.