Cientistas chineses recentemente conseguiram a fabrica??o de metais de camada de átomo único com uma espessura de apenas um milionésimo da espessura de uma folha de papel A4, estabelecendo um novo recorde para os materiais metálicos mais finos. Isso marca a primeira realiza??o mundial de formas bidimensionais estáveis de metais n?o-camadas.

Publicada na Nature na quinta-feira (13), esta pesquisa do Instituto de Física da Academia Chinesa de Ciências eleva a espessura de materiais metálicos 2D à escala angstrom (1 é igual a 0,1 nan?metro), abrindo novas possibilidades para a eletr?nica de última gera??o, computa??o quantica e catálise de alta eficiência, disse Zhang Guangyu, autor correspondente do estudo.

"Materiais 2D s?o substancias especiais com apenas uma ou algumas camadas at?micas. Seus elétrons s?o confinados para se moverem dentro de um plano 2D, o que lhes garante extraordinária condutividade, transparência e resistência mecanica devido ao efeito de confinamento quantico", explicou Zhang, pesquisador do Instituto de Física.

Desde a descoberta do grafeno em 2004, cientistas identificaram centenas de materiais 2D. Essas "películas finas milagrosas no mundo material" s?o amplamente usadas em telas flexíveis, transistores ultrarrápidos e dispositivos quanticos.

No entanto, todos os materiais 2D existentes s?o derivados de cristais em camadas, como bolos de camadas facilmente descascáveis, enquanto 97,5% dos materiais no mundo material, incluindo metais n?o em camadas, lembram "biscoitos comprimidos" devido às suas estruturas at?micas 3D fortemente ligadas. Descascar uma única camada at?mica de tais materiais era considerado quase impossível, como Zhang vividamente analogou.

"Materiais em camadas tradicionais s?o como bolos de camadas conectados por fracas for?as de van der Waals entre as camadas, enquanto átomos de metal s?o unidos por fortes liga??es metálicas, semelhantes a gr?os compactados em um biscoito comprimido", explicou Zhang, destacando o principal desafio na fabrica??o de metal 2D.

A equipe de Zhang desenvolveu uma técnica inovadora de "compress?o de van der Waals". Ao derreter metais como bismuto e estanho e usar dissulfeto de molibdênio atomicamente plano como uma "bigorna", eles alcan?aram uma modelagem precisa num plano de 1 centímetro quadrado. "Os filmes metálicos produzidos por esse método medem de 6,3 a 9,2 em espessura — equivalente a achatar um cubo de metal de três metros numa única camada que poderia cobrir toda a cidade de Beijing", enfatizou Zhang.

As amostras de metal 2D, protegidas por camadas de encapsulamento, permanecem estáveis no ar por mais de um ano.

"Quando metais s?o comprimidos para espessura at?mica, o movimento dos elétrons muda de 3D para 2D. é como transformar um oceano num filme de água, onde flutua??es quanticas exóticas inevitavelmente emergem", comparou o coautor e pesquisador Du Luojun. Esses filmes de metal de condi??es extremas servir?o como novas plataformas para estudar efeitos Hall quanticos, transi??es de fase topológicas e outros tópicos de fronteira.

A combina??o de espessura em escala at?mica e alta condutividade nesses metais 2D permite aplica??es como eletrodos flexíveis transparentes para telas de telefone dobráveis mais finas e duráveis. Na catálise, eles podem aumentar a eficiência da rea??o química em dezenas de vezes. Dispositivos feitos desses metais atomicamente finos podem reduzir os volumes de chips em mil vezes, ao mesmo tempo em que reduzem o consumo de energia para 1% dos níveis atuais.

"Se metais 3D moldaram a base material da civiliza??o humana, metais 2D podem definir a próxima era tecnológica", enfatizou Zhang. Esses materiais podem levar a aplica??es revolucionárias, como dispositivos supercondutores de temperatura ambiente, biochips ultrassensíveis e memória subnanométrica. A equipe agora está desenvolvendo técnicas de fabrica??o de ligas metálicas 2D para fornecer materiais críticos para campos estratégicos como comunica??es 6G e computa??o quantica.

Os revisores da Nature explicaram que este estudo "abre um importante campo de pesquisa sobre metais 2D isolados" e "representa um grande avan?o no estudo de materiais 2D".