Perder no tamanho e ganhar em eficiência é um desafio permanente no mundo tecnológico. Dentro desse esforço, físicos da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) se dedicam a entender as propriedades físicas dos nanofios metálicos, que constituem os chamados nanocircuitos do futuro.

A estratégia dos pesquisadores é observar o comportamento dos metais nobres, mais propícios à condução da corrente elétrica, ao serem esticados da escala macroscópica à escala do átomo.

O grupo liderado pelo argentino Daniel Ugarte, do Instituto de Física da Unicamp, foi o primeiro a usar essa abordagem para relacionar formas e tamanhos dos nanofios às suas propriedades elétricas.

“Para isso, era preciso ver os nanofios”, conta Maureen Lagos Paredes, físico peruano orientado por Ugarte e recém-premiado pela tese de doutorado sobre os efeitos do arranjo dos átomos nos nanofios metálicos em sua condutividade elétrica e deformação mecânica. “Como o aparelho que permite vê-los é o microscópio eletrônico, Ugarte passou a esculpi-los dentro do aparelho”, diz.

Diferentes escalas, diferentes formatos

Microscópio usado por Lagos para estudar as propriedades mecânicas na deformação de um bastão de ouro de um nanômetro de espessura. (foto: M. Lagos)

Lagos conta que a equipe pretende analisar as propriedades das nanoestruturas de todos os metais nobres, começando pelo ouro. “O ouro permite trabalhar de forma mais fácil porque é menos reativo, não oxida e se vê melhor ou com maior contraste nas imagens de microscopia”, justifica. 

Apesar disso, esse metal exige mais tempo para ser avaliado. Por isso, em paralelo às análises com o ouro, o grupo investigou também a prata e a platina, entre outros metais.

Em todos os casos, uma lâmina bem fina de cada metal, formada por dezenas de átomos de espessura e milhares de largura, foi colocada em microscópios eletrônicos extremamente potentes e, dentro deles, “metralhada” por feixes de elétrons. Entre os buracos que se formaram, surgiram pequenos nanofios, compostos por apenas alguns átomos. 

No estudo da prata, esse processo levou a uma descoberta inédita: um nanotubo oco com base formada por apenas quatro átomos, a menor estrutura tridimensional que esse metal é capaz de assumir na natureza.

Assista à animação que mostra menor
estrutura que a prata pode assumir 

Os pesquisadores perceberam também que, quando estirado para a escala do átomo, cada metal assume um formato específico: a prata assume a forma de um tubo, e o ouro, de um bastão. E ambos podem gerar cadeias suspensas de átomos, que se assemelham a um colar de pérolas esticado.

“O que define a forma de cada nanoestrutura é uma característica que varia de metal para metal, chamada energia de superfície”, explica Lagos. Segundo os pesquisadores, conhecer como essas estruturas se deformam é essencial para manipulá-las nos nanocircuitos.

Temperatura ambiente, melhor condutividade

O resultado mais recente de Lagos, publicado em fevereiro (02/02) na Physical Review Letters, é fruto da análise de nanofios de ouro em forma de bastão de um nanômetro de espessura e três nanômetros de comprimento. 

“Observei como esses fios microscópicos esticavam, como um chiclete, até romper”, conta o físico. “Como esse estiramento é espontâneo, não houve manipulação. O que fiz foi basicamente filmar dentro do microscópio como esses fios se comportam quando esticados.”

Para relacionar a forma e o tamanho do material com sua capacidade de conduzir corrente, os pesquisadores submeteram os nanofios de ouro, dentro do microscópio, a duas temperaturas diferentes: 24º C (ambiente) e 150º C negativos. 

O estudo mostrou que a variação de temperatura foi decisiva no comportamento dos nanofios: “À temperatura ambiente, os nanofios permanecem cristalinos, quer dizer, não apresentam defeitos e, em alguns casos, o rompimento é abrupto. Já quando submetidos a baixas temperaturas, o rompimento é irregular e os nanofios contêm defeitos, o que traz implicações negativas para as propriedades elétricas”, avalia Lagos. 

Veja o vídeo do nanofio de ouro sendo
esticado a diferentes temperaturas 

A conclusão do estudo já pode contribuir para o desenvolvimento dos nanocircuitos do futuro com pelo menos uma nova informação: os nanofios de ouro devem funcionar à temperatura ambiente, condição na qual são capazes de conduzir melhor a eletricidade.

Carolina Drago
Ciência Hoje On-line