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Cristais inorgânicos que lembram DNA têm propriedades surpreendentes


Você poderia chamá-lo de "DNA inorgânico", mas as semelhanças não vão além do formato.
[Imagem: UC Berkeley/Yin Liu]

Cristais em parafuso

Não, isso não é DNA e nem nenhuma tentativa de ilustrar o formato da chamada "molécula da vida".

São cristais inorgânicos - sem a presença de carbono - sintetizados tirando proveito de um defeito na estrutura dos cristais, algo que normalmente atrapalha o cultivo de materiais cristalinos.

Esses cristais helicoidais são feitos de camadas empilhadas de sulfeto de germânio, um material semicondutor que, como o grafeno, forma prontamente folhas com apenas alguns átomos ou um único átomo de espessura - essas nanofolhas são tipicamente conhecidas como "materiais 2D".

O melhor de tudo é que essas estruturas surpreendentes podem gerar propriedades ópticas, eletrônicas e térmicas únicas, incluindo a supercondutividade.

"Ninguém esperava que os materiais 2D crescessem dessa forma. É como um presente surpresa. Acreditamos que isso pode trazer grandes oportunidades para a pesquisa de materiais," disse Jie Yao, professor da Universidade da Califórnia em Berkeley.

Cristais inorgânicos

Embora a forma desses cristais inusitados lembre a do DNA, cuja estrutura helicoidal é crítica para o trabalho de carrear a informação genética, sua estrutura é de fato bastante diferente. Diferentemente do DNA orgânico, que é basicamente construído de átomos familiares como carbono, oxigênio e hidrogênio, esses cristais inorgânicos são construídos de elementos mais distantes na tabela periódica - neste caso, enxofre e germânio.

E, embora as moléculas orgânicas muitas vezes assumam todo o tipo de formas malucas, devido às propriedades únicas de seu componente primário, o carbono, as moléculas inorgânicas tendem mais para estruturas finas e retas - daí a surpresa com o formato helicoidal.


Além de caracterizar todas as propriedades dos cristais helicoidais, a equipe pretende agora fabricá-los usando outros materiais 2D.
[Imagem: UC Berkeley/Yin Liu]

Para criar os cristais torcidos, a equipe tirou proveito de um defeito cristalino chamado deslocamento em parafuso, um "erro" na estrutura cristalina ordenada que lhe dá um pouco de força de torção. Essa "torção de Eshelby" (John D. Eshelby, 1916-1981) já havia sido usada para criar nanofios que espiralam como pinheiros. Mas este exprimento é o primeiro a usar esse defeito na estrutura cristalina para fazer cristais a partir de camadas 2D empilhadas de um semicondutor atomicamente fino.

Deslocamento cheio de oportunidades

Em uma descoberta marcante anunciada no ano passado, cientistas relataram que o grafeno se torna supercondutor quando duas folhas atomicamente finas do material são empilhadas e torcidas uma em relação à outra, no que é chamado de "ângulo mágico". O mesmo truque ajudou a criar a flexotrônica, um jeito de fazer eletrônica usando materiais deslocados.

Enquanto outros pesquisadores conseguiram empilhar duas camadas de cada vez, esta nova técnica fornece uma receita para sintetizar estruturas empilhadas que são centenas de milhares ou mesmo milhões de camadas de espessura seguindo uma forma contínua de torção.

"O comportamento torcido destes materiais em camadas, tipicamente com apenas duas camadas torcidas em diferentes ângulos, já mostrou grande potencial e atraiu muita atenção das comunidades de física e química. Agora, torna-se altamente intrigante descobrir, com todos essas camadas torcidas combinadas em nosso novo material, se elas mostram propriedades bastante diferentes do que o empilhamento regular desses materiais," disse Yao. "Mas, neste momento, temos uma compreensão muito limitada do que essas propriedades poderiam ser, porque essa forma de material é tão nova. Novas oportunidades estão nos esperando."

Bibliografia:

Artigo: Helical van der Waals crystals with discretized Eshelby twist
Autores: Yin Liu, Jie Wang, Sujung Kim, Haoye Sun, Fuyi Yang, Zixuan Fang, Nobumichi Tamura, Ruopeng Zhang, Xiaohui Song, Jianguo Wen, Bo Z. Xu, Michael Wang, Shuren Lin, Qin Yu, Kyle B. Tom, Yang Deng, John Turner, Emory Chan, Dafei Jin, Robert O. Ritchie, Andrew M. Minor, Daryl C. Chrzan, Mary C. Scott, Jie Yao
Revista: Nature
Vol.: 570, pages 358-362
DOI: 10.1038/s41586-019-1308-y

FONTE: SITE INOVAÇÃO TECNOLOGICA

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