Uma nanofita de grafeno pode mudar a direção de sua torção como se torce uma toalha? Pesquisadores da Universidade de Nagoya, no Japão, deram uma resposta afirmativa. Segundo a mais recente edição da revista Nature Communications, os pesquisadores da universidade realizaram pela primeira vez a troca sob demanda da direção de torção de nanofitas de grafeno. Esse resultado promete fornecer novos materiais para o desenvolvimento de interruptores ópticos ajustáveis, sensores químicos e dispositivos spintrônicos.
As nanofitas de heliceno são estruturas de cadeia longa compostas por múltiplos anéis de carbono fundidos, e essa estrutura confere às moléculas uma forma torcida (representação esquemática). Fonte da imagem: Universidade de Nagoya, Japão.
A nanofita de grafeno é uma nanoestrutura em forma de faixa estreita e alongada composta por átomos de carbono. Quando a nanofita sofre torção, forma uma morfologia semelhante a uma hélice, e suas propriedades ópticas e eletrônicas diferem conforme a torção seja para a esquerda ou para a direita. Anteriormente, embora os pesquisadores conseguissem fabricar nanofitas de grafeno helicoidais, era difícil fazê-las mudar a direção de torção conforme necessário.
A chave deste estudo é uma unidade de tetra-heliceno que antes era considerada "difícil de controlar". Essas unidades mudam rapidamente entre dois estados, levógiro e dextrógiro, sendo difícil manter uma direção de torção fixa. No entanto, quando múltiplas unidades são conectadas, as unidades adjacentes interagem entre si e tendem a torcer na mesma direção, formando por fim uma estrutura helicoidal relativamente uniforme.
Com base nisso, eles utilizaram ainda solventes para controlar a direção de torção da nanofita. Após testar 6 solventes candidatos, descobriram que o β-pineno, um composto natural proveniente de pinheiros e plantas cítricas, é capaz de exercer essa função.
O β-pineno divide-se em duas formas moleculares que são imagens especulares uma da outra, e diferentes formas moleculares fazem a nanofita torcer em direções diferentes. Ou seja, trocar o solvente permite controlar se a nanofita torce para a esquerda ou para a direita.
Após a mudança na direção de torção da nanofita, a luz que ela emite também muda, e os dois estados de torção produzem luminescência circularmente polarizada em direções diferentes. Isso significa que, controlando a direção de torção da nanofita, é possível ajustar suas propriedades ópticas. Esse efeito de comutação é mais evidente a -90 °C e diminui gradualmente à medida que a temperatura sobe até a temperatura ambiente.
Os pesquisadores afirmam que esta é a primeira vez que se realiza esse tipo de luminescência circularmente polarizada comutável em nanofitas de grafeno. Esse material, capaz de mudar a direção de torção e as propriedades ópticas de acordo com o ambiente externo, tem potencial para ser usado no futuro em áreas como interruptores ópticos, sensores químicos e dispositivos eletrônicos. Como a estrutura helicoidal também pode afetar o transporte de elétrons em diferentes estados de spin, espera-se igualmente seu uso em dispositivos spintrônicos.