Pesquisadores da Universidade Cornell, nos Estados Unidos, descobriram um método inovador para produzir materiais 2D com propriedades quânticas em larga escala. O estudo, publicado na revista Proceedings of the National Academy of Sciences, demonstra que a aplicação de tensão mecânica pode gerar padrões moiré em materiais ultrafinos, eliminando a necessidade de torção e empilhamento manual de camadas.
Os materiais moiré ganharam relevância científica desde 2018, quando se verificou que camadas de grafeno levemente torcidas exibem supercondutividade. Esse fenômeno ocorre devido a alterações na rede atômica causadas pelo desalinhamento, modificando o comportamento dos elétrons e gerando propriedades quânticas de interesse tecnológico.
A criação desses padrões dependia, até então, de processos manuais de rotação e empilhamento de flocos bidimensionais. Esse método artesanal apresentava baixa reprodutibilidade e dificultava a produção industrial, limitando a pesquisa e a aplicação comercial dos materiais moiré, considerados promissores para computação quântica e sensores avançados.
A nova técnica utiliza filmes finos que aplicam tensão controlada sobre camadas de dissulfeto de molibdênio, criando super-redes moiré de forma reprodutível e compatível com os processos de fabricação de semicondutores. Conforme reportagem do phys.org, o método dispensa o empilhamento e a torção, empregando litografia para depositar filmes estressores que deformam localmente as camadas atômicas.
Os filmes estressores, depositados por litografia, puxam e comprimem as camadas superiores do material. Nas bordas dos filmes, a tensão é biaxial, enquanto regiões mais distantes sofrem tensão uniaxial. Essa variação gera geometrias moiré distintas e induz polarização elétrica localizada no dissulfeto de molibdênio, que normalmente não apresenta polarização.
Judy Cha, professora de Ciência e Engenharia de Materiais na Universidade Cornell e diretora da Instalação de Nanoescala de Cornell, explica que a engenharia de tensão já é amplamente utilizada na fabricação de semicondutores. Ela destacou que empresas usam abordagens como ligas de silício-germânio e revestimentos metálicos tensionados para melhorar o desempenho de transistores. A ideia de aplicar essa técnica para gerar efeitos moiré surgiu ao observar que as camadas atômicas superiores se deformam de maneira diferente das inferiores.
A polarização elétrica induzida pode ser controlada por um campo elétrico, permitindo ajustar a resistência elétrica em escala nanométrica. Esse recurso é valioso para a eletrônica quântica. A equipe agora investiga se os domínios polares gerados podem ser incorporados em dispositivos eletrônicos funcionais, aproximando a física moiré das aplicações práticas.
O método reduz significativamente a barreira de entrada para pesquisadores interessados em explorar a física dos materiais moiré, democratizando o acesso a uma área que antes exigia habilidades manuais complexas. Cha afirmou que se trata de um passo de litografia padrão, executado diariamente por fabricantes de dispositivos, reforçando o potencial de escalonamento da técnica.
A integração da criação de super-redes moiré em processos industriais estabelecidos pode acelerar o desenvolvimento de computadores quânticos e sensores com capacidades inéditas. O avanço representa um marco na engenharia de materiais, alinhado às demandas por componentes eletrônicos mais eficientes e de menor consumo energético.