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Adicionar átomos de cálcio ao grafeno cria um supercondutor extremamente promissor, mas para onde vai o cálcio? Em um novo estudo, uma equipe liderada pela Monash confirmou pela primeira vez o que realmente acontece com esses átomos de cálcio. Surpreendendo a todos, o cálcio fica por baixo tanto da folha superior de grafeno quanto da folha inferior de “tampão”, “flutuando” o grafeno em uma camada de átomos de cálcio.

Adicionar cálcio a uma estrutura de substrato de grafeno composto cria um supercondutor de alta temperatura de transição (Tc).

Em um novo estudo, uma equipe liderada pela Austrália confirmou pela primeira vez o que realmente acontece com os átomos de cálcio: surpreendendo a todos, o cálcio fica por baixo da folha de grafeno superior e da folha inferior de ‘buffer’, ‘flutuando’ o grafeno uma cama de átomos de cálcio.

Grafeno supercondutor de cálcio injetado é uma grande promessa para eletrônicos com eficiência energética e eletrônicos transparentes.

ESTUDANDO O GRAFENO COM DOPADO DE CÁLCIO: LANÇANDO O DUVET

As propriedades do grafeno podem ser ajustadas pela injeção de outro material (um processo conhecido como ‘intercalação’) ou embaixo do grafeno ou entre duas folhas de grafeno.

Esta injeção de átomos ou moléculas estranhas altera as propriedades eletrônicas do grafeno, aumentando sua condutância, diminuindo as interações com o substrato, ou ambos.

A injeção de cálcio na grafite cria um material composto (grafite intercalada com cálcio, CaC6) com uma temperatura de transição supercondutora (Tc) relativamente ‘alta’. Neste caso, os átomos de cálcio residem em última análise entre as folhas de grafeno.

A injeção de cálcio no grafeno em um substrato de carboneto de silício também cria um supercondutor de alto Tc, e sempre pensamos que sabíamos para onde o cálcio ia neste caso também …

Grafeno em carboneto de silício tem duas camadas de átomos de carbono: uma camada de grafeno em cima de outra ‘camada tampão’: uma camada de carbono (semelhante ao grafeno na estrutura) que se forma entre o grafeno e o substrato de carboneto de silício durante a síntese, e é não condutor devido a estar parcialmente ligado à superfície do substrato.

“Imagine que o carboneto de silício é como um colchão com uma folha ajustada (a camada de proteção colada a ele) e uma folha plana (o grafeno)”, explica o autor principal Jimmy Kotsakidis.

A sabedoria convencional sustentava que o cálcio deveria ser injetado entre as duas camadas de carbono (entre duas folhas), semelhante à injeção entre as camadas de grafeno no grafite. Surpreendentemente, a equipe liderada pela Monash University descobriu que, quando injetados, o local de destino final dos átomos de cálcio fica entre a camada tampão e o substrato de carboneto de silício subjacente (entre o lençol e o colchão!).

“Foi uma grande surpresa para nós quando percebemos que o cálcio estava aderindo à superfície de silício do substrato, realmente foi contra o que pensávamos que aconteceria”, explica Kotsakidis.

Após a injeção, o cálcio quebra as ligações entre a camada tampão e a superfície do substrato, fazendo com que a camada tampão “flutue” acima do substrato, criando uma nova estrutura de grafeno de bicamada quase independente (Ca-QFSBLG).

Este resultado foi inesperado, com extensos estudos anteriores não considerando a intercalação de cálcio sob a camada tampão. O estudo, portanto, resolve a confusão e a controvérsia de longa data a respeito da posição do cálcio intercalado.

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