Propriedades dos nanofios

Dependendo do material de que for feito, um nanofio pode ter as propriedades de um isolante, de um semicondutor ou de um metal. Isolantes não conduzem carga elétrica, ao passo em que metais conduzem cargas elétricas muito bem. Os semicondutores ficam entre os dois, conduzindo carga sob as condições adequadas. Ao arranjar os fios semicondutores na configuração certa, engenheiros conseguem criar transístores, que funcionam como uma chave ou um amplificador.

Algumas propriedades interessantes, e inesperadas, que os nanofios possuem são devido à sua pequena escala. Quando trabalhamos com objetos em escala nano ou menores, começamos a entrar no domínio da mecânica quântica. A mecânica quântica pode ser confusa até mesmo para especialistas no assunto, e geralmente desafia a física clássica (também conhecida como física Newtoniana).

Por exemplo, normalmente um elétron não atravessa um isolante. Porém, se o isolante for fino o bastante, o elétron consegue atravessar o isolante de um lado a outro. É o chamado tunelamento de elétrons, mas o nome não faz jus à tamanha estranheza do processo. O elétron passa de um lado a outro do isolante sem, na verdade, penetrar o próprio isolante ou ocupar o espaço dentro dele. Pode-se dizer que ele se teletransporta de um lado ao outro. Pode-se evitar o tunelamento de elétrons usando camadas mais grossas de isolante uma vez que os elétrons conseguem atravessar somente distâncias muito pequenas.

Outra propriedade interessante é que alguns nanofios são condutores balísticos. Em condutores normais, os elétrons colidem com os átomos do material condutor, reduzindo a velocidade dos elétrons conforme eles se deslocam e criando calor como subproduto. Em condutores balísticos, os elétrons conseguem se movimentar através do condutor sem colisões. Os nanofios poderiam conduzir eletricidade de maneira eficiente, sem ter o calor intenso como subproduto.

Na escala nano, os elementos mostram propriedades muito diferentes das esperadas. Por exemplo, em grande escala, o ouro tem seu ponto de fusão a mais de 1.000ºC. Ao reduzir o ouro em grande escala ao tamanho de nanopartículas, o ponto de fusão também é reduzido, pois quando você reduz qualquer partícula à escala nano, há um aumento significante na sua proporção superfície-volume. Além disso, na escala nano, o ouro se comporta como um semicondutor, mas em grande escala é um condutor.

Outros elementos também se comportam de maneira estranha em escala nano. Em grande escala, o alumínio não é magnético, mas aglomerados muito pequenos de átomos de alumínio são magnéticos. As propriedades elementares a que estamos acostumados em nossa experiência diária, e a maneira como esperamos que se comportem, podem não se aplicar quando reduzimos estes elementos ao tamanho de um nanômetro.

Ainda estamos aprendendo as diferentes propriedades de vários elementos em escala nano. Alguns elementos, como o silício, não são muito alterados em escala nano. É o que os torna ideais para transístores ou outras aplicações. Outros ainda são misteriosos, e podem mostrar propriedades que não podemos prever ainda.

No próximo capítulo, veremos como os engenheiros fazem os nanofios.

Nanotubos de carbono e pontos quânticos Os nanofios são apenas uma das animadoras estruturas que engenheiros e cientistas estão explorando em escala nano. Dois outros nano-objetos importantes são os nanotubos de carbono e os pontos quânticos. O nanotubo de carbono é uma estrutura cilíndrica que parece uma folha de grafite enrolada. Suas propriedades dependem da maneira como a folha de grafite é enrolada em formato de cilindro - ao enrolar os átomos de carbono de um jeito, cria-se um semicondutor. Enrolando de outro jeito, tem-se um material 100 vezes mais forte que o aço. Pontos quânticos são conjuntos de átomos que juntos agem como um átomo gigante - apesar de que mesmo gigante, ainda estamos na escala nano. Pontos quânticos são semicondutores.