Os microchips devem ficar ainda menores nos próximos anos. Uma das apostas é fazer com que os semicondutores — hoje feitos de silício — sejam confeccionados com grafeno, um material tão fino que tem apenas duas dimensões. Até agora, os cientistas tinham dificuldade para produzir essa substância de forma ordenada (veja infografia), mas um grupo de pesquisadores da Universidade de Houston, nos Estados Unidos, desenvolveu uma técnica que promete resolver o problema. O método foi patenteado no ano passado e publicado na revista especializada Nature Materials, em maio deste ano.

Tudo começa com a produção do grafeno. Derivado do grafite, esse material precisa ser “fatiado” com técnicas avançadas de microscopia. Os cientistas norte-americanos usaram a chamada deposição química a vapor para fazer isso. Colocaram uma folha de cobre a uma temperatura de 1.000 C°, exposta a uma mistura de gases de hidrogênio, argônio e metano. Esse último decompõe-se em átomos de carbono, que formam os grãos de grafeno na superfície. “Esse processo pode, facilmente, ser expandido para larga escala, tem baixo custo e permite a produção de grandes filmes de grafeno”, garante Shin-Shem Pei, um dos autores do estudo.

Depois dessa etapa, os cientistas se dedicaram a analisar melhor a formação dos grãos de grafeno. Verificaram como eles se acomodam no substrato de cobre e como são as bordas das partículas. Assim, perceberam que os grãos surgiram de forma desordenada. “O grafeno possui propriedades elétricas muito interessantes, mas, quando os grãos ficam sobrepostos, essas características se perdem”, afirma o professor Luiz Roncaratti, do Departamento de Física da Universidade de Brasília (UnB). “O elétron se propaga muito bem em um único pedaço, mas encontra ‘barreiras’ quando eles estão bagunçados”, completa.

A solução foi preparar o substrato de cobre para receber o material. “Com a deposição química tradicional, o grão cresce de qualquer jeito. Eles, então, colocaram sementes de grafeno, como se fossem pontinhos de carbono no substrato”, detalha o professor Roncaratti. Assim, os grãos cresceram no local previsto, sem “esbarrar” um no outro. “A realização de matrizes com ilhas de grafeno supera as limitações que tínhamos até então”, reforça Shin-Shem Pei, da Universidade de Houston.

Os pesquisadores afirmam que essa técnica permite a deposição do material de acordo com o layout dos circuitos integrados — os mesmos que hoje existem em um chip de silício. Esse mesmo processo também pode ser utilizado para a fabricação de eletrônicos dobráveis. Uma das propriedades do grafeno é a transparência ótica e a flexibilidade, o que possibilita sua adoção em telas portáteis e sensíveis ao toque. “Para completar, nós ainda precisávamos de uma camada isolante, que acabou de ser produzida com sucesso por outro grupo. Agora, temos as duas peças importantes do quebra-cabeça para fabricar a estrutura”, comemora Pei.

Eletrônicos
O principal desafio dos cientistas de Houston e de outros que trabalham com o grafeno é garantir que a técnica adotada seja, de fato, viável para a indústria de eletrônicos. Hoje, se for preciso fabricar 10 milhões de chips de silício, não há problemas. Basta desenhar a placa com o circuito e esculpi-la, em escala reduzida, no metal. “O grafeno ainda não tem um processo definido. É por isso que a descoberta de novos materiais é lenta”, esclarece o professor Roncaratti.

Por que, então, buscar esses novos materiais, se o silício cumpre muito bem a missão? “A gente quer sempre buscar coisas novas e, no caso do grafeno, as possibilidades são muito tentadoras”, justifica o especialista da UnB. Primeiro, o material é único conhecido que se apresenta em duas dimensões, algo inédito até 2004, ano em que ele foi descoberto. Além disso, por estar em escala nanométrica, o grafeno pode dar origem a fenômenos novos. “Nesse mundo minúsculo, as leis da física são diferentes. Os fenômenos quânticos acontecem de forma muito mais intensa”, diz Roncaratti.

O poder do “ócio”
Há duas histórias interessantes sobre os cientistas russos que descreveram o grafeno. Antes de levar o Nobel pela descoberta, Andre Geim havia ganho o Ig Nobel (uma paródia do prêmio sueco e destinado a trabalhos aparentemente bizarros e inúteis) por uma pesquisa com rãs vivas flutuantes. Além disso, o próprio estudo do grafeno não era um projeto oficial de Geim e do colega Konstantin Novoselov. O achado ocorreu durante o tempo livre que os cientistas dedicavam, semanalmente, a assuntos de seu interesse.