Horário econômico do grafeno forex

Questão de material Um átomo de espessura, o grafeno é o material mais fino conhecido e pode ser o mais forte. Ilustração do crédito por Chad Hagen Até que Andre Geim, professor de física da Universidade de Manchester, descobriu um novo material incomum chamado grafeno, ele era mais conhecido por um experimento no qual usava eletroímãs para levitar um sapo. Geim, nascido em 1958 na União Soviética, é uma academia brilhante, um estudante de ensino médio, ganhou uma competição, memorizando um dicionário de química de mil páginas, mas também possui uma série de humor pouco ortodoxo. Ele publicou a experiência do sapo no European Journal of Physics. Sob o título de Flying Frogs e Levitrons, e em 2000 ganhou o Prêmio Ig Nobel, um prêmio anual para o experimento mais assustador. Colegas insistiram para que Geim reduza a honra, mas recusou. Ele viu a levitação de sapo como uma parte integrante de seu estilo, uma aceitação do pensamento lateral que poderia levar a importantes descobertas. Logo depois, ele começou a hospedar as sessões de sexta-feira para seus alunos: experiências de forma livre, de fim de semana, às vezes alimentadas por algumas cervejas. As sessões de sexta-feira referem-se a algo que você não foi pago e não deveria fazer durante sua vida profissional, Geim me disse recentemente. Pesquisa orientada para a curiosidade. Algo aleatório, simples, talvez um pouco ridículo. Ele acrescentou: sem isso, não há descobertas. Em uma dessas noites, no outono de 2002, Geim estava pensando em carbono. Ele se especializa em materiais microscópicamente finos, e ele se perguntou como camadas muito finas de carbono podem se comportar sob certas condições experimentais. O grafite, que consiste em pilhas de camadas de carbono de átomo-espessura, era um material óbvio para trabalhar, mas os métodos padrão para isolar amostras de superthina sobreaqueceriam o material, destruindo-o. Então, Geim estabeleceu um de seus novos doutores. Estudantes, Da Jiang, a tarefa de tentar obter uma amostra tão fina quanto possível, talvez algumas centenas de camadas atômicas, ao polir um cristal de grafite de uma polegada. Várias semanas depois, Jiang entregou uma porção de carbono em uma placa de Petri. Depois de vê-lo sob um microscópio, Geim lembra, ele pediu que ele tentasse novamente. Jiang admitiu que isso era tudo o que restava do cristal. À medida que Geim o provocava com indignação (você pulou uma montanha para obter um grão de areia), um de seus companheiros seniores olhou para uma bola de fita adesiva usada na lixeira, seu lado pegajoso coberto com um filme cinzento e ligeiramente brilhante de resíduo de grafite. Teria sido uma visão familiar em laboratórios em todo o mundo, onde os pesquisadores rotineiramente usam fita adesiva para testar as propriedades adesivas de amostras experimentais. As camadas de carbono que compõem a grafite são fracamente ligadas (daí a sua adoção, em 1564, para lápis, que derramam um traço visível quando arrastado pelo papel), de modo que a fita remove flocos dele prontamente. Geim colocou um pedaço da fita no microscópio e descobriu que as camadas de grafite eram mais finas do que as outras vistas. Ao dobrar a fita, pressionando o resíduo e puxando-o, ele conseguiu descascar os flocos para camadas ainda mais finas. Geim tinha isolado o primeiro material bidimensional já descoberto: uma camada de átomo de carbono, que apareceu, sob um microscópio atômico, como uma rede plana de hexágonos ligados em um padrão de favo de mel. Físicos teóricos especularam sobre tal substância, chamando-o de grafeno, mas assumiram que uma única camada atômica não poderia ser obtida à temperatura ambiente, que seria separada em bolas microscópicas. Em vez disso, Geim viu, o grafeno permaneceu em um único plano, desenvolvendo ondulações à medida que o material se estabilizava. Geim alistou a ajuda de um Ph. D. Estudante chamado Konstantin Novoselov, e eles começaram a trabalhar quatorze horas por dia estudando grafeno. Nos próximos dois anos, eles projetaram uma série de experiências que descobriram propriedades surpreendentes do material. Devido à sua estrutura única, os elétrons podem fluir através da rede sem impedimento por outras camadas, movendo-se com extraordinária velocidade e liberdade. Pode levar mil vezes mais eletricidade que o cobre. No que Geim mais tarde chamou de primeiro momento de eureka, eles demonstraram que o grafeno teve um efeito de campo pronunciado, a resposta que alguns materiais mostram quando colocados perto de um campo elétrico, o que permite aos cientistas controlar a condutividade. Um efeito de campo é uma das características definidoras do silício, usado em chips de computador, o que sugeriu que o grafeno poderia servir de substituição do que os fabricantes de computadores haviam buscado há anos. Geim e Novoselov escreveram um artigo de três páginas descrevendo suas descobertas. Foi naturalmente rejeitado pela natureza. Onde um leitor afirmou que isolar um material estável e bidimensional era impossível, e outro afirmou que não era um avanço científico suficiente. Mas, em outubro de 2004, o artigo, Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films, foi publicado na Science. E cientistas surpreendidos. Era como se a ficção científica se tornasse realidade, disse-me Youngjoon Gil, vice-presidente executivo do Instituto Superior de Tecnologia da Samsung. Laboratórios em todo o mundo começaram estudos usando Geims Scotch-fita técnica, e os pesquisadores identificaram outras propriedades do grafeno. Embora fosse o material mais fino do universo conhecido, era cento e cinquenta vezes mais forte do que um peso equivalente de aço, o material mais forte já medido. Era tão flexível quanto a borracha e poderia esticar até cento e vinte por cento do seu comprimento. Pesquisa de Philip Kim, então na Universidade de Columbia, determinou que o grafeno era ainda mais eletricamente condutor do que o mostrado anteriormente. Kim suspendeu o grafeno no vácuo, onde nenhum outro material poderia retardar o movimento de suas partículas subatômicas, e mostrou que tinha uma mobilidade na velocidade em que uma carga elétrica flui através de um semicondutor de até duzentos e cinquenta vezes o de silício. Em 2018, seis anos depois de Geim e Novoselov publicarem seu artigo, foram premiados com o Prêmio Nobel de Física. Até então, a mídia estava chamando de grafeno um material maravilhoso, uma substância que, como o Guardião afirmou, poderia mudar o mundo. Pesquisadores acadêmicos em física, engenharia elétrica, medicina, química e outros campos reuniram-se em grafeno, assim como os cientistas das principais empresas de eletrônicos. O Escritório de Propriedade Intelectual do Reino Unido publicou recentemente um relatório detalhando a proliferação mundial de patentes relacionadas ao grafeno, de 3.018 em 2017 para 8.416 no início de 2017. As patentes sugerem uma ampla gama de aplicações: baterias ultra-duradouras, telas de computador flexíveis , Desalinização de água, células solares melhoradas, microcomputadores rápidos. Na casa acadêmica de Geim e Novoselovs, na Universidade de Manchester, o governo britânico investiu sessenta milhões de dólares para ajudar a criar o Instituto Nacional de Graphene, em um esforço para tornar o Reino Unido competitivo com os principais detentores de patentes do mundo: Coréia, China e Estados Unidos , Todos os quais entraram na corrida para encontrar o primeiro uso que altera o mundo para o grafeno. O progresso de uma tecnologia desde o momento da descoberta até o produto transformador é lento e sinuoso no consenso entre os cientistas é que leva décadas, mesmo quando as coisas correm bem. Paul Lauterbur e Peter Mansfield compartilharam o Prêmio Nobel pelo desenvolvimento da ressonância magnética, em 1973, quase trinta anos depois de os cientistas entenderem pela primeira vez a reação física que permitia que a máquina funcionasse. Mais de um século passou entre o momento em que o químico sueco Jns Jakob Berzelius purificou o silício, em 1824, e o nascimento da indústria de semicondutores. Novas descobertas enfrentam desafios formidáveis ​​no mercado. Eles devem ser visivelmente mais baratos ou melhores do que os produtos já vendidos, e eles devem ser propícios ao fabrico em uma escala comercial. Se um material chegar, como o grafeno, como uma descoberta serendipita, sem aplicação específica, há outra barreira: os limites da imaginação. Agora que conseguimos isso, o que fazemos com ele, o alumínio, descoberto em pequenas quantidades em um laboratório nos dezoito anos, foi aclamado como uma substância maravilhosa, com qualidades nunca antes vistas em um metal: era leve, brilhante, Resistente à ferrugem e altamente condutor. Poderia ser derivado de argila (em primeiro lugar, chamava-se de prata de argila), e a idéia de que uma substância valiosa era produzida a partir de um comum lhe emprestava uma qualidade de alquimia. Nos dezoito anos cinquenta, um químico francês elaborou um método para fazer alguns gramas de cada vez, e o alumínio foi adotado rapidamente para uso em jóias caras. Três décadas depois, um novo processo, usando eletricidade, permitiu a produção industrial, e o preço despencou. As pessoas disseram que Wow Weve obteve essa prata de argila, e agora é realmente barato e podemos usá-lo para qualquer coisa, disse-me Robert Friedel, um historiador de tecnologia na Universidade de Maryland. Mas o entusiasmo logo esfriou: eles não podiam descobrir o que usar. Em 1900, o catálogo da Sears e da Roebuck anuncia potes e panelas de alumínio, notas de Friedel, mas você não consegue encontrar nenhum dos usos técnicos de chamada. Até que, após a Primeira Guerra Mundial, o alumínio encontrou seu uso transformador. O aplicativo assassino é o avião, que nem existe quando eles estavam indo todos os gung ho e gaga sobre essas coisas. Algumas descobertas altamente promovidas desaparecem completamente. Em 1986, os investigadores do I. B.M. Georg Bednorz e K. Alex Mller descobriram a cerâmica que atuava como supercondutores radicalmente mais práticos. No ano seguinte, eles ganharam um Nobel, e uma enorme onda de otimismo se seguiu. As comissões presidenciais foram jogadas juntas para tentar colocar os EUA fora de liderança, disse Cyrus Mody, professor de história da ciência da Universidade do Arroz, em Houston. As pessoas estavam falando sobre trens flutuantes e linhas de transmissão infinitas nos próximos dois anos. Mas, em três décadas de luta, quase ninguém conseguiu transformar a cerâmica quebradiça em uma substância que pode sobreviver ao uso diário. Friedel ofereceu um amplo axioma: quanto mais inovador for, mais inovações são as mais difíceis, menos probabilidades de descobrir o que realmente será usado. Até agora, os únicos produtos de consumo que incorporam grafeno são raquetes de tênis e tinta. Mas muitos cientistas insistem que suas propriedades incomuns levarão eventualmente a um avanço. Segundo Geim, o influxo de dinheiro e pesquisadores acelerou a linha de tempo usual para o uso prático. Começamos com flocos submicronos, mal vistos mesmo em um microscópio óptico, diz ele. Eu nunca imaginei que até 2009, 2018, as pessoas já estariam fazendo metros quadrados deste material. Seu progresso extremamente rápido. Ele acrescenta: Uma vez que alguém vê que há uma mina de ouro, então, equipamentos muito pesados ​​começam a ser aplicados em diferentes áreas de pesquisa. Quando as pessoas estão pensando, somos animais bastante inventivos. Samsung, o gigante da eletrônica da Coréia, detém o maior número de patentes no grafeno, mas nos últimos anos as instituições de pesquisa, e não as corporações, têm sido mais ativas. Uma universidade coreana, que trabalha com a Samsung, está em primeiro lugar entre instituições acadêmicas. Duas universidades chinesas possuem o segundo e o terceiro slots. Em quarto lugar, a Universidade de Rice, que arquivou trinta e três patentes nos últimos dois anos, quase todas de um laboratório administrado por um professor chamado James Tour. Tour, cinquenta e cinco, é um químico orgânico sintético, mas sua personalidade expansiva e brio empreendedor o fazem parecer mais como um executivo que supervisiona a divisão de A. amp. D. rentável da empresa. Um homem curto e de olhos escuros com um corpo de ginasio, ele me cumprimentou quando o visitei recentemente em seu escritório, no prédio Dell Butcher no Rice. Quero dizer, o material é incrível, ele disse, sobre o grafeno. Você não pode acreditar no que essas coisas podem fazer Tour, como a maioria dos cientistas seniores, deve se preocupar com pesquisa e comércio. Ele apareceu duas vezes antes do Congresso para alertar sobre cortes no orçamento federal para a ciência e diz que seu laboratório conseguiu prosperar apenas porque ele garantiu o financiamento através de parcerias agressivas com a indústria. Ele cobra cada negócio que ele contrate com duzentos e cinquenta mil dólares por ano, o seu laboratório é um pouco mais da metade, com o qual ele pode contratar dois estudantes pesquisadores e pagar seus materiais por um ano. Grande parte do trabalho de Tours envolve estimular a criatividade desses pesquisadores (vinte e cinco dedicados ao grafeno) são os que inventam as invenções que Tour vende. O grafeno tem sido uma benção, ele disse: Você tem muitas pessoas que se deslocam para essa área. Não apenas os acadêmicos, mas as empresas em grande parte, das grandes empresas eletrônicas, como a Samsung, às empresas petrolíferas. O passeio traz uma energia especial para o empreendimento. Criada em uma casa judia secular em White Plains, ele se tornou um cristão nascido de novo como um calouro na Universidade de Syracuse. Casada, com quatro filhos crescidos, ele se levanta às três e quarenta cada manhã durante uma hora e meia de oração e o estudo da Bíblia seguiu, várias vezes por semana, com exercícios no ginásio e chega ao escritório às seis e quinze. Em 2001, ele fez as manchetes assinando A Scientific Dissent from Darwinism, uma petição que promoveu o design inteligente, mas ele insiste que isso refletiu apenas suas dúvidas pessoais sobre como a mutação aleatória ocorre no nível molecular. Embora ele termine com os e-mails com Deus abençoe, ele diz que, além do hábito de orar pela orientação divina, ele sente que a religião não faz parte de seu trabalho científico. O Tour apoia uma abordagem de dispersão para a pesquisa de seus alunos. Trabalhamos no que quer que seja adequado à nossa fantasia, desde que esteja balançando para as cercas, disse ele. Como químicos, ele observou, eles são particularmente adequados para experiências rápidas, muitas das quais podem produzir resultados em uma questão de físicos parecidos com um horário, cujas experiências podem levar meses. Seu laboratório publicou cento e trinta e um artigos de revistas em graphenesecond apenas para um laboratório na Universidade do Texas em Austin e seus pesquisadores se movem rapidamente para arquivar aplicações provisórias com o Escritório de Marcas e Patentes dos EUA, que lhes confere a propriedade legal de uma idéia para Um ano antes de eles devem apresentar uma reclamação completa. Nós não aguardamos muito antes de arquivar, o Tour disse que pede aos alunos que escrevam seu trabalho em menos de quarenta e oito horas. Foi-me dito apenas por uma empresa que licenciou uma das nossas tecnologias que viramos os chineses por cinco dias. Muitos dos seus laboratórios recentes inventos são projetados para a exploração imediata pela indústria, fornecendo fundos para apoiar um trabalho mais ambicioso. A Tour vendeu patentes para uma tinta infestada de grafeno cuja condutividade pode ajudar a remover o gelo de lâminas de helicóptero, fluidos para aumentar a eficiência de brocas de óleo e materiais à base de grafeno para fazer as lâminas infláveis ​​e balsas salva-vidas usadas em aviões. Ele ressalta que o grafeno é a única substância na terra que é completamente impermeável ao gás, mas pesa quase nada. As jangadas mais claras e as lâminas poderiam salvar a indústria aérea milhões de dólares de combustível por ano. No laboratório de Tours, havia uma grande sala de teto alto com fileiras de mesa de trabalho bem configuradas, uma série de homens jovens em blusas brancas e óculos de segurança estavam funcionando. Tour e eu paramos em um banco onde Loc Samuels, um estudante graduado de Antigua, estava fazendo um lote de gel à base de grafeno, para ser usado em um andaime para lesões da medula espinhal. Em vez de ter um material não funcional de andaime, você tem algo que é realmente eletricamente condutor, disse Samuels, enquanto ele rodava um tubo de ensaio em um banho de jóias. Isso ajuda as células nervosas, que se comunicam eletricamente, a se conectarem. Tour me mostrou vídeos de ratos de laboratório cujas pernas traseiras estavam paralisadas. Em um vídeo, dois ratos se precipitaram no fundo de uma gaiola, arrastando as patas traseiras. Em outro vídeo, de ratos que foram tratados, eles caminharam normalmente. O tour alertou que levaram anos antes do F. D.A. Aprova ensaios em humanos. Mas é um começo incrível, disse ele. Em 2018, um dos pesquisadores de Tours, Alexander Slesarev, russo que estudou na Universidade Estadual de Moscou, sugeriu que o óxido de grafeno, uma forma de grafeno criada quando as moléculas de oxigênio e hidrogênio estão ligadas a ele, podem atrair material radioativo. Slesarev enviou uma amostra a um ex colega no Estado de Moscou, onde estudantes colocaram o pó em soluções contendo material nuclear. Eles descobriram que o óxido de grafeno se liga com os elementos radioativos, formando uma lama que poderia facilmente ser escavada. Pouco tempo depois, o terremoto e o tsunami no Japão criaram um derramamento devastador de material nuclear, e o Tour voou para o Japão para lançar a tecnologia aos japoneses. Foi implementá-lo agora em Fukushima, ele me disse. Trabalhar em um dos bancos era um jovem com um rosto redondo e aberto: um Ph. D. de vinte e cinco anos de idade. Aluno chamado Ruquan Ye, que no ano passado desenvolveu uma nova maneira de fazer pontos quânticos, nanopartículas altamente fluorescentes usadas em imagens médicas e telas de televisão de plasma. Geralmente feitos em pequenas quantidades de produtos químicos tóxicos, como seleneto de cádmio e arsenieto de índio, os pontos quânticos custam um milhão de dólares por uma garrafa de um quilo. Sim, a técnica usa grafeno derivado do carvão, que é de cem dólares por tonelada. O método é simples, Ye me disse. Ele me mostrou um frasco preenchido com um pó preto fino: carvão antracite que ele tinha chão. Coloco isso em uma solução de ácidos por um dia, depois aqueça a solução em uma placa quente. Ao ajustar o processo, ele pode fazer com que o material emita várias freqüências de luz, criando pontos de várias cores para marcação diferenciada de tumores. Os pontos baseados no carvão são compatíveis com o carvão vegetal humano é o carbono, e nós também sugerimos que os pontos Sim poderiam substituir os altamente tóxicos usados ​​em hospitais em todo o mundo. Em uma sala escura ao lado do laboratório, ele iluminou uma luz preta em vários frascos pequenos de líquido transparente. Tinham fluorescência em lingotes brilhantes: vermelho, azul, amarelo, violeta. A turnê geralmente diminui para ter crédito pelas descobertas em seu laboratório. É todos os alunos, disse ele. Eles estão naquela idade, seus vinte anos, quando as sinapses estão apenas disparando. Meu trabalho é inspirá-los e fornecer um cartão de crédito, e direcioná-los para longe dos cofres. Mas ele reconheceu que a idéia de ponto quântico se originou com ele: Um dia, eu disse: Temos que descobrir o que está no carvão. As pessoas estão usando isso há cinco mil anos. Vamos ver o que está realmente nele. Eu aposto seus pequenos domínios de grafeno e, com certeza, foi. Estava sentado ali mesmo. Um rendimento de vinte e cinco por cento. E, lembre-se, é um milhão de dólares por quilograma Tour virou-se para o gerente do laboratório, Paul Cherukuri, e disse: Seria rico algum dia, não nos queremos. Como Cherukuri riu, o Tour adicionou, eu vou entrar e contar dinheiro todos os dias . Talvez a mais tentadora propriedade descrita no artigo de Geim e Novoselovs 2004 tenha sido a mobilidade com a qual a informação eletrônica pode fluir através de uma superfície de grafenes. O passo lento em nossos computadores está movendo informações do ponto A para o ponto B, o Tour me disse. Agora você tomou o passo lento, o maior obstáculo na eletrônica de silício, e você introduziu um novo material andboom. De repente, você está aumentando a velocidade não por um fator de dez, mas por um fator de cem, possivelmente ainda mais. A notícia galvanizou a indústria de semicondutores, que estava lutando para manter a Lei Moores, criada em 1965 por Gordon Moore, co-fundador da Intel. A cada dois anos, ele previu, a densidade e, portanto, a eficácia dos chips de computador dobraria. Durante cinco décadas, os engenheiros conseguiram manter o ritmo com a Lei Moores através da miniaturização, empacotando números crescentes de transistores em chips, como quatro bilhões em uma bolacha de silicone do tamanho de uma unha. Os engenheiros aceleraram os computadores com doping de silício: introduzindo átomos de outros elementos para espremer a rede mais apertada. Mas há um limite. Reduzir demais o chip, movendo seus transistores muito próximos e o silício deixa de funcionar. Já em 2017, chips de silício podem não ser capazes de acompanhar a Lei Moores. O grafeno, se funciona, oferece uma solução. Mais cinco minutos e eu sou todo seu, Sr. Antsy. Há, porém, um problema. Os semicondutores, como o silício, são definidos pela capacidade de ligar e desligar na presença de um campo elétrico em chips de lógica, que o processo de comutação gera os mesmos e os zeros que são o idioma dos computadores. O grafeno, um semi-metal, não pode ser desligado. Em primeiro lugar, os engenheiros acreditavam que poderiam usar o grafeno para abrir um espaço de banda, a propriedade elétrica que permite que os semicondutores atuem como switches. Mas, dez anos depois do papel de Geim e Novoselovs, ninguém conseguiu abrir uma brecha o suficiente. Você deveria mudar tanto que não é mais grafeno, disse Tour. Na verdade, aqueles que conseguiram criar essa lacuna aprenderam que ele mata a mobilidade, tornando o grafeno melhor do que os materiais que usamos agora. O resultado foi um certo amortecedor do humor nas empresas de semicondutores. Visitei recentemente o Centro de Pesquisa Thomas J. Watson, o principal laboratório R. amp. D. para I. B.M. um grande fabricante de chips de semicondutores de silício. A meia hora a norte da cidade de Nova York, o centro é alojado em um prédio desenhado por Eero Saarinen, em 1961. Um vasto arco de vidro com um toldo dianteiro erguido, é uma espécie de monumento à dificuldade de prever o futuro. Saarinen imaginou que as idéias transformadoras emergiriam de grupos de cientistas trabalhando em áreas de reunião, onde reclináveis ​​e mesas de café ainda se sentam ao lado de janelas subindo. Em vez disso, os cientistas passaram a maior parte do dia sobre as telas de computador em seus escritórios: pequenas telhas sem janelas, que parecem ter sido criadas como uma reflexão tardia. Em um escritório apertado, conheci o Supratik Guha, que é o diretor de ciências físicas da I. B.M. e que define a estratégia da empresa para pesquisa mundial. Um homem pensativo, tão precisas como o Tour é efusivo, Guha lamentou a excitação exagerada que cercou o grafeno como substituto do silício e falou tristemente sobre como o esforço para introduzir um intervalo de banda é, na melhor das hipóteses, uma grande inovação. Ele apressou-se em acrescentar que I. B.M. não descartou o grafeno. No início de 2017, a empresa anunciou que seus pesquisadores construíram o primeiro circuito integrado baseado em grafeno para dispositivos sem fio, o que poderia levar a telefones celulares mais baratos e mais eficientes. Mas na busca de fazer o grafeno substituir o silício, admite Guha, eles têm pouca esperança. Por enquanto, o foco de I. B.M continua sendo o nanotubo de carbono de parede única, que foi desenvolvido em Rice by Tours mentor e o antecessor, Rick Smalley. Nos anos oitenta, Smalley e seus colegas descobriram que as moléculas de átomos de carbono se organizavam em uma variedade de formas, algumas eram esferas (que ele chamava de buckyballs, por sua semelhança com as cúpulas geodésicas de Buckminster Fullers) e outras eram tubos. Quando os pesquisadores descobriram que os tubos podem atuar como semicondutores, o material foi imediatamente sugerido como uma substituição potencial para o silício. Junto com seus colaboradores, Smalley foi premiada com o Prêmio Nobel de Química em 1996 e convenceu Rice a construir o centro de nanotecnologia multimilionário que o Tour mais tarde assumiu. No entanto, os nanotubos de carbono resistiram a uma fácil exploração. Eles têm a diferença de banda necessária, mas construir um chip com eles implica manobrar bilhões de objetos em locais precisos, uma dificuldade que tem atormentado cientistas há quase duas décadas. Sem admitir que perdeu o interesse pelos nanotubos de carbono, o Tour me disse que eles nunca realmente comercializaram bem. Na I. B.M., que investiu mais de uma década de pesquisa e dezenas de milhões de dólares no material, há grande relutância em admitir a derrota. Guha me apresentou a George Tulevski, que ajuda a liderar o programa de pesquisa de carbono-nanotubos de I. B.M. Quando mencionei o grafeno, ele mostrou a defensiva que se poderia esperar de um cientista que dedicou quase dez anos a uma tecnologia recalcitrante apenas para ser informado sobre um novo glamoroso. Os dispositivos têm que ligar e desligar, disse Tulevski. Se ele não desligar, ele apenas consome muito poder. Não há como desativar o grafeno. Então, esses elétrons estão superando, e isso é ótimo, mas você não pode desligar o dispositivo. Cyrus Mody, o historiador, é igualmente cauteloso. Essa idéia de que existe uma forma de microeletrônica que é teoricamente muito, muito mais rápida que o silício convencional não é nova, ele me disse. Ele aponta para o precedente do circuito Josephson-junction. Em 1962, o físico britânico Brian David Josephson previu que a eletricidade fluirá a velocidades sem precedentes através de um circuito composto por dois supercondutores separados por um material de ligação fraco. A percepção levou a um Prêmio Nobel de Física e a sonhos de eletrônicos exponencialmente mais rápidos. Muitas pessoas pensaram que a mudança da viatura para a microelectrónica de junção Josephson-supercondução em breve, disse Mody. Mas quando você realmente começa a fabricar um circuito complexo com lotes e lotes de muitos portões de lógica, e fazendo muitos e muitos desses circuitos com rendimentos muito grandes, os problemas de fabricação realmente impossibilitam-se de continuar. E eu acho que isso vai ser o obstáculo que as pessoas realmente não consideraram bastante quando falam sobre grafeno. Mas outros cientistas argumentam que o obstáculo não é propriedades físicas de grafenos. A indústria de semicondutores sabe como introduzir um intervalo de banda, disse-me Amanda Barnard, física teórica que dirigiu a Organização de Pesquisa Científica e Industrial da Commonwealth da Austrália. O problema é o negócio: obtivemos um investimento global na ordem dos trilhões de dólares em silício e não nos afastaríamos disso. Inicialmente, o grafeno precisa trabalhar com o siliconit precisa trabalhar em nossas fábricas e linhas de produção existentes e capacidades de pesquisa e, em seguida, dar certo impulso. Tour tem pouca simpatia pelo desapontamento de indústrias semicondutoras com grafeno. I. B.M. é tudo bummed porque eles são solteiros, ele disse. Eles conseguiram fazer computadores e eles ganharam a Lei Moores. Mas essa é a sua própria culpa. O que outra indústria se desafiou a duplicar a sua performance a cada 18 meses. Na indústria química, se conseguimos obter um rendimento de um por cento mais alto em um ano, pensamos que foi bastante bem. Talvez o pensador mais expansivo sobre o potencial de materiais é Tomas Palacios, cientista espanhol que administra o Centro de Dispositivos de Grafeno e 2D Systems, em M. I.T. Ao invés de usar grafeno para melhorar as aplicações existentes, como o Tours Lab faz principalmente, o Palacios está tentando criar dispositivos para um futuro mundo. Às trinta e seis, Palacios tem uma compilação de lixos de graduação e uma maneira gentil de falar que faz com que as noções extremamente ambiciosas parecem plausíveis. Como engenheiro elétrico, ele aspira a eletrônicos onipresentes, aumentando em um fator de cem o número de dispositivos eletrônicos em nossas vidas. Do ponto de vista do seu laboratório, o mundo seria amplamente aprimorado se todos os objetos, desde janelas até copos de café, papel moeda e sapatos, fossem integrados com colhedores de energia, sensores e diodos emissores de luz, o que lhes permitia coletar e Transmitir informações. Basicamente, tudo ao nosso redor será capaz de converter-se em uma exibição sob demanda, ele me disse, quando eu o visitei recentemente. Palacios diz que o grafeno pode tornar tudo isso possível, porém, deve ser integrado a essas xícaras de café e sapatos. Como Mody apontou, a inovação radical muitas vezes tem que esperar pelo ambiente certo. É menos sobre uma tecnologia disruptiva e mais sobre momentos em que as ligações entre um conjunto de tecnologias atingem um ponto em que é viável que mudem muitas práticas, disse ele. Os motores a vapor estiveram em torno de um longo tempo antes de se tornar realmente perturbadores. O que precisava acontecer eram mudanças em outras partes da economia, outras tecnologias ligadas à máquina a vapor para torná-la mais eficiente e desejável. Para Palacios, o complemento tecnológico crucial é um avanço na impressão 3-D. Em seu laboratório, quatro estudantes estavam desenvolvendo um protótipo inicial de uma impressora que lhes permitiria criar objetos baseados em grafeno com inteligência elétrica incorporada neles. Juntamente com Marco de Fazio, um cientista da STMicrolectronics, uma empresa que fabrica cabeças de impressão a jato de tinta, eles estavam agrupados em torno de um pequeno dispositivo semi-construído que parecia um pouco como um engenheiro Tinkertoy em uma base espelhada. Acabamos de receber a impressora algumas semanas atrás, disse Maddy Aby, uma estudante de mestres de ponytailed. Chegou com um kit. Precisamos adicionar todos os produtos eletrônicos. Ela apontou para um bico deitado na mesa. Isso apenas atira plástico agora, mas Marco nos deu essas cabeças de impressão que imprimirão o grafeno e outros tipos de tintas. Os membros dos grupos estavam ponderando como integrar o grafeno nos objetos que imprimem. Eles podem misturar o material em plástico ou simplesmente imprimi-lo na superfície de objetos existentes. Ainda havia obstáculos formidáveis. Os pesquisadores descobriram como transformar o grafeno em uma tarefa fácil e sem líquido, pois o material é severamente hidrófobo, o que significa que ele se agacha e obstrui as cabeças de impressão. Eles precisavam primeiro converter o grafeno em óxido de grafeno, adicionando grupos de moléculas de oxigênio e hidrogênio, mas esse processo anula suas propriedades elétricas. Então, uma vez que eles imprimiram o objeto, eles teriam que aquecê-lo com um laser. Quando você aquece, Aby disse, você queima esses grupos e reduzi-lo de volta ao grafeno. Quando isso poderia ser possível era incerto, ela esperava que o dispositivo funcionasse em três meses. O laser precisa de mais aprovação dos poderes que são, disse ela, olhando furiosamente para as impressoras que refletiam o tipo de base ideal para saltar raios laser em toda a sala. De Fazio sugeriu que o cobriam com uma bolacha de silício. Isso poderia funcionar, disse Aby. Claro, isso também pode ser um viés de confirmação de mim, querendo que você fique doente. Palacios reconhece que a mudança milenar vem somente após modestos, incrementos estratégicos. Ele mencionou a Samsung, que, de acordo com o rumor da indústria, planeja lançar o primeiro dispositivo com uma tela que emprega grafeno. O grafeno é apenas um componente pequeno, usado para entregar a corrente à exibição, disse ele. Mas essa é uma primeira aplicação emocionante que não precisa ser o avanço que todos esperamos. É uma boa maneira de obter o grafeno em cada foco e, dessa forma, justificar mais investimentos. Enquanto isso, um de seus alunos, Lili Yu, vem trabalhando em um protótipo para uma tela flexível. Palacios, em seu escritório, me disse que seu objetivo mais ambicioso é o origami de grafeno, em que folhas do material são dobradas para imitar organelas, estruturas minúsculas dentro de uma célula biológica. Não é tão diferente do que a natureza faz com o DNA, um material que é uma estrutura unidimensional que se dobra muitas, muitas, muitas vezes para produzir os cromossomos. Se o método funcionar, ele poderia ser usado para embalar grandes quantidades de poder de computação em um espaço minúsculo. There might be applications in medicine, he says, and in something he calls smart dustthings that are just as tiny as dust particles but have a functionality to tell us about the pollution in the atmosphere, or if there is a flu virus nearby. These things will be able to connect to your phone or to the embedded displays everywhere, to tell you about things happening around you. For the moment, the challenges are more earthbound: scientists are still trying to devise a cost-effective way to produce graphene at scale. Companies like Samsung use a method pioneered at the University of Texas, in which they heat copper foil to eighteen hundred degrees Fahrenheit in a low vacuum, and introduce methane gas, which causes graphene to grow as an atom-thick sheet on both sides of the coppermuch as frost crystals grow on a windowpane. They then use acids to etch away the copper. The resulting graphene is invisible to the naked eye and too fragile to touch with anything but instruments designed for microelectronics. The process is slow, exacting, and too expensive for all but the largest companies to afford. At Tours lab, a twenty-six-year-old postdoc named Zhiwei Peng was waiting to hear from a final reviewer of a paper he had submitted, in which he detailed a way to create graphene with no superheating, no vacuums, and no gases. (The paper was later approved for publication.) Peng had stumbled on his method a few months before. While heating graphene oxide with a laser, he missed the sample, and accidentally heated the material it was sitting on, a sheet of polyimide plastic. Where the laser touched the plastic, it left a black residue. He discovered that the residue was layers of graphene, loosely bonded with oxygen molecules, whichlike the residue on Geims tapecould easily be exfoliated to single-atom sheets. He showed me how it worked, the laser tracking back and forth across the surface of a piece of polyimide and leaving with each pass a needle-thin deposit of material. Single layers of graphene absorb 2.5 per cent of available light as layers pile up, they begin to appear black. After a few minutes, Peng had produced a crisp, matte-black latticeperhaps an inch wide, and worth tens of thousands of dollars. Cherukuri, Tours lab manager, pointed at it and said, That is the race. The tech-research firm Gartner uses an analytic tool that it calls the Hype Cycle to help investors determine which discoveries will make money. A graph of the cycle resembles a cursive lowercase r, in which a discovery begins with a Technology Trigger, climbs quickly to a Peak of Inflated Expectations, falls into the Trough of Disillusionment, and, as practical uses are found, gradually ascends to the Plateau of Productivity. The implication is not (or not only) that most discoveries dont behave as expected its that a new thing typically becomes useful sometime after the publicity fades. Nearly every scientist I spoke with suggested that graphene lends itself especially well to hype. Its an electrically useful material in a time when we love electrical devices, Amanda Barnard told me. If it had come along at a time when we were not so interested in electronic devices, the hype might not have been so disproportionate. But then there wouldnt have been the same appetite for investment. Indeed, Henry Petroski, a professor at Duke and the author of To Engineer Is Human, says that hype is necessary to attract development dollars. But he offers an important proviso: If there is too much hype at the discovery stage and the product doesnt live up to the hype, thats one way of its becoming disappointing and abandoned, eventually. Guha, at I. B.M. believes that the field of nanotechnology has been oversold. Nobody stands to benefit from giving the bad news, he told me. The scientist wants to give the good news, the journalist wants to give the good newsthere is no feedback control to the system. In order to develop a technology, there is a lot of discipline that needs to go in, a lot of things that need to be done that are perhaps not as sexy. Tour concurs, and admits to some complicity. People put unrealistic time lines on us, he told me. We scientists have a tendency to feed thatand Im guilty of that. A few years ago, we were building molecular electronic devices. The Times called, and the reporter asked, When could these be ready I said, Two yearsand it was nonsense . I just felt so excited about it. The impulse to overlook obvious difficulties to commercial development is endemic to scientific research. Geims paper, after all, mentioned the band-gap problem. People knew that graphene is a gapless semiconductor, Amirhasan Nourbakhsh, an M. I.T. scientist specializing in graphene, told me. But graphene was showing extremely high mobilityand mobility in semiconductor technology is very important. People just closed their eyes. According to Friedel, the historian, scientists rely on the stubborn conviction that an obvious obstacle can be overcome. There is a degree of suspension of disbelief that a lot of good research has to engage in, he said. Part of the artand it is artcomes from knowing just when it makes sense to entertain that suspension of disbelief, at least momentarily, and when its just sheer fantasy. Lord Kelvin, famous for installing telegraph cables on the Atlantic seabed, was clearly capable of overlooking obstacles. But not always. Before his death, in 1907, Lord Kelvin carefully, carefully calculated that a heavier-than-air flying machine would never be possible, Friedel says. So we always have to have some humility. A couple of bicycle mechanics could come along and prove us wrong. Recently, some of the most exciting projects from Tours lab have encountered obstacles. An additive to fluids used in oil drilling, developed with a subsidiary of the resource company Schlumberger, promised to make drilling more efficient and to leave less waste in the ground instead, barrels of the stuff decomposed before they could be used. The company that hired Tours group to make inflatable slides and rafts for aircraft found a cheaper lab. (Tour was philosophical about it, in part because he knew hed still get some money from the contract. Theyll have to come back and get the patent, he said.) The technology for the Fukushima-reactor cleanup stalled when scientists in Japan couldnt get the powder to work, and the postdoc who developed the method was unable to get a visa to go assist them. Youve got to teach them how its done, Tour said. You want the pH right. Tours optimism for graphene remains undimmed, and his group has been working on further inventions: superfast cell-phone chargers, ultra-clean fuel cells for cars, cheaper photovoltaic cells. What Geim and Novoselov did was to show the world the amazingness of graphene, that it had these extraordinary electrical properties, Tour said. Imagine if one were God. Here, Hes given us pencils, and all these years scientists are trying to figure out some great thing, and youre just stripping off sheets of graphene as you use your pencil. It has been before our eyes all this time John Colapinto became a staff writer at The New Yorker in 2006. His new novel, Undone, is out in Canada. Graphene may power ultra-fast, next-gen electronics LONDON: Graphene - often touted as the wonder material - can transmit extremely high currents, making it a potential building block for next-generation ultra-fast electronics. scientists say. Researchers from Technische Universitat Wien (TU Wien) in Austria showed that the electrons in graphene are extremely mobile and react very quickly. Impacting xenon ions with a particularly high electric charge on a graphene film causes a large number of electrons to be torn away from the graphene in a very precise spot. However, the material was able to replace the electrons within some femto seconds. This resulted in extremely high currents, which would not be maintained under normal circumstances. Its extraordinary electronic properties make graphene a very promising candidate for future applications in the field of electronics. We work with extremely highly-charged xenon ions. Up to 35 electrons are removed from the xenon atoms, meaning the atoms have a high positive electric charge, said Elisabeth Gruber from TU Wien. These ions are then fired at a free-standing single layer of graphene, which is clamped between microscopically small brackets. The xenon ion penetrates the graphene film, thereby knocking a carbon atom out of the graphene - but that has very little effect, as the gap that has opened up in the graphene is then refilled with another carbon atom, said Gruber. For us, what is much more interesting is how the electrical field of the highly charged ion affects the electrons in the graphene film, she said. This happens even before the highly charged xenon ion collides with the graphene film. As the highly charged ion is approaching it starts tearing electrons away from the graphene due to its extremely strong electric field. By the time the ion has fully passed through the graphene layer, it has a positive charge of less than ten, compared to over 30 when it started out. The ion is able to extract more than 20 electrons from a tiny area of the graphene film. This means that electrons are now missing from the graphene layer, so the carbon atoms surrounding the point of impact of the xenon ions are positively charged. This extremely high electron mobility in graphene is of great significance for a number of potential applications. The hope is that for this very reason, it will be possible to use graphene to build ultra-fast electronics, said researchers. Graphene also appears to be excellently suited for use in optics, for example in connecting optical and electronic components, they added. The study was published in the journal Nature Communications.