{"id":4670,"date":"2016-08-31T14:52:40","date_gmt":"2016-08-31T17:52:40","guid":{"rendered":"http:\/\/sbpmat.org.br\/?p=4670"},"modified":"2016-09-08T15:22:43","modified_gmt":"2016-09-08T18:22:43","slug":"artigo-em-destaque-nanofitas-isolantes-com-regioes-condutoras","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/artigo-em-destaque-nanofitas-isolantes-com-regioes-condutoras\/","title":{"rendered":"Artigo em destaque: Nanofitas isolantes com regi\u00f5es condutoras."},"content":{"rendered":"

O artigo cient\u00edfico com participa\u00e7\u00e3o de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste m\u00eas \u00e9: Topologically Protected Metallic States Induced by a One-Dimensional Extended Defect in the Bulk of a 2D Topological Insulator. <\/strong>Erika N. Lima, Tome M. Schmidt, and Ricardo W. Nunes. Nano Lett., 2016, 16 (7), pp 4025\u20134031. DOI: 10.1021\/acs.nanolett.6b00521<\/p>\n

Nanofitas isolantes com regi\u00f5es condutoras<\/strong><\/p>\n

Uma pesquisa realizada no Brasil faz uma relevante contribui\u00e7\u00e3o ao estudo dos isolantes topol\u00f3gicos, classe de materiais cuja exist\u00eancia foi prevista teoricamente em 2005 e confirmada experimentalmente em 2007. O estudo foi reportado em um artigo recentemente publicado na Nano Letters (fator de impacto 2015: 13,779).<\/p>\n

Os isolantes topol\u00f3gicos possuem a interessante propriedade de se comportarem como isolantes em seu interior e como condutores em sua superf\u00edcie ou borda. Conforme detalha Ricardo Wagner Nunes<\/a>, professor da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) e autor correspondente do artigo, \u201cisolantes n\u00e3o-topol\u00f3gicos tamb\u00e9m podem ter superf\u00edcies condutoras, mas no caso dos isolantes topol\u00f3gicos \u00e9 poss\u00edvel identificar que a condu\u00e7\u00e3o de carga e spin na superf\u00edcie \u00e9 muito robusta, por ser “protegida” pela simetria de revers\u00e3o temporal\u201d.<\/p>\n

No artigo da Nano Letters, o professor Nunes e seus colaboradores, Erika Lima, da Universidade Federal do Mato Grosso (UFMT) \u2013 campus Rondon\u00f3polis, e Tome Schmidt, da Universidade Federal de Uberl\u00e2ndia (UFU), reportaram seu trabalho sobre um isolante topol\u00f3gico bidimensional, uma nanofita de bismuto formada por apenas duas camadas de \u00e1tomos de bismuto, sobrepostas e ligadas, de um \u00e1tomo de espessura cada uma. Usando m\u00e9todos computacionais, os cientistas mostraram que o interior da nanofita de bismuto, em vez de ser totalmente isolante, pode ter estados condutores (tamb\u00e9m chamados de estados met\u00e1licos) gerados a partir de um determinado tipo de irregularidade na rede de \u00e1tomos do material, conhecido como defeito estendido 558.<\/p>\n

\"Representa\u00e7\u00e3o<\/a>
Representa\u00e7\u00e3o da nanofita de bismuto bicamada com o defeito 558, vista de cima (esquerda) e de lado (direta). As bolinhas verdes representam os \u00e1tomos da camada superior do material e as azuis, os \u00e1tomos da camada inferior. No centro da figura da esquerda, nota-se facilmente o defeito: pent\u00e1gonos e um oct\u00f3gono interrompem a repeti\u00e7\u00e3o de hex\u00e1gonos.<\/figcaption><\/figure>\n

\u201cEm nosso trabalho, mostramos que um defeito linear no interior de um isolante topol\u00f3gico bidimensional pode gerar estados qu\u00e2nticos eletr\u00f4nicos unidimensionais que conduzem carga e spin no interior do material\u201d, precisam os autores.<\/p>\n

Os autores chegaram aos resultados que sustentam essa conclus\u00e3o por meio de c\u00e1lculos feitos em supercomputadores, simulando o que aconteceria com os estados qu\u00e2nticos dos el\u00e9trons no material com a presen\u00e7a de defeitos. \u201cUtilizamos c\u00e1lculos de primeiros princ\u00edpios dentro da Teoria do Funcional da Densidade\u201d, detalham os autores. Para se ter uma ideia, a simula\u00e7\u00e3o computacional de defeitos em nanoestruturas de bismuto, relatam os autores, demandou um custo computacional de aproximadamente 400 horas em supercomputadores localizados no Departamento de F\u00edsica da UFMG e no Centro Nacional de Processamento de Alto Desempenho em S\u00e3o Paulo (Cenapad), na UNICAMP.<\/p>\n

\"A<\/a>
A figura mostra a curva de dispers\u00e3o dos estados topol\u00f3gicos met\u00e1licos, localizados no defeito 558, marcados em azul e vermelho.<\/figcaption><\/figure>\n

No artigo, os autores tamb\u00e9m prop\u00f5em a exist\u00eancia do pentaoctite, um novo isolante topol\u00f3gico bidimensional. Esse material, que ainda n\u00e3o foi sintetizado, seria uma bicamada de bismuto, com uma rede cristalina formada por \u00e1tomos dispostos em pent\u00e1gonos e oct\u00f3gonos. \u201cEm nossos c\u00e1lculos mostramos que essa nova “fase” do bismuto bidimensional tem baixa energia de forma\u00e7\u00e3o, o que abre a possibilidade de ser sintetizada em laborat\u00f3rio\u201d, afirmam os autores.<\/p>\n

De acordo com os autores, o trabalho reportado na Nano Lettters suscita diversas quest\u00f5es do \u00e2mbito da pesquisa fundamental, como a influ\u00eancia de impurezas magn\u00e9ticas e n\u00e3o-magn\u00e9ticas sobre o transporte de carga e de spin nos estados topol\u00f3gicos propostos, e a conex\u00e3o entre as simetrias da rede e a natureza dos estados topol\u00f3gicos de borda no pentaoctite. \u201cSob um ponto de vista aplicado, seria interessante se nosso trabalho viesse a motivar estudos experimentais sobre isolantes topol\u00f3gicos bidimensionais baseados em bismuto e outros materiais, que possibilitassem uma colabora\u00e7\u00e3o te\u00f3rico-experimental nesse tema\u201d, comentam os autores, deixando um convite aberto aos grupos de pesquisa experimental.<\/p>\n

A hist\u00f3ria do trabalho de pesquisa<\/strong><\/p>\n

\u201cO trabalho se originou de um casamento de meus interesses em defeitos topol\u00f3gicos estendidos em materiais bidimensionais e tridimensionais, com a experi\u00eancia do professor Tome Mauro Schmidt<\/a>\u00a0(UFU) e da Erika Lima<\/a>, que foi sua orientanda de doutorado no tema de isolantes topol\u00f3gicos\u201d, relata Nunes.<\/p>\n

Em 2012, Nunes e outros colaboradores tinham publicado um artigo na Nano Letters sobre estados magn\u00e9ticos (n\u00e3o topol\u00f3gicos) gerados por defeitos estendidos lineares em uma monocamada de grafeno. Posteriormente, em conversas com Schmidt, foi definida uma colabora\u00e7\u00e3o visando investigar se um defeito estendido com a mesma morfologia levaria \u00e0 forma\u00e7\u00e3o dos estados topol\u00f3gicos em um isolante topol\u00f3gico bidimensional de bismuto.<\/p>\n

Em seu p\u00f3s-doutorado no grupo do professor Nunes, realizado em 2015, Erika Lima fez todos os c\u00e1lculos computacionais. A interpreta\u00e7\u00e3o dos resultados e a reda\u00e7\u00e3o do artigo foram realizados pelos tr\u00eas pesquisadores, que s\u00e3o os autores do artigo.<\/p>\n

A pesquisa que gerou o artigo contou com financiamento da CAPES, CNPq, FAPEMIG e do INCT de Nanomateriais de Carbono.<\/p>\n

\"autores\"<\/a>
Montagem de fotos dos autores do artigo. Come\u00e7ando pela esquerda do leitor, Erika Lima, atualmente professora da UFMT, Tome Schmidt, professor da UFU, e Ricardo Nunes, professor da UFMG.<\/figcaption><\/figure><\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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