Paul Thibado

Paul M. Thibado é professor de física na University of Arkansas. Seus trabalhos sobre o movimento próprio do grafeno autossustentado são o ponto de referência científico mais citado da neutrinovoltaica.

O enigma de partida

Uma única camada de grafeno não é plana. Ela ondula na terceira dimensão — e essas ondas são a razão pela qual um cristal estritamente bidimensional pode sequer ser estável à temperatura ambiente. Sem elas, o movimento térmico teria de destruí-lo.

O grupo de Thibado investigou esse movimento com um microscópio de varredura por tunelamento, que observa por longo tempo regiões isoladas de poucos nanômetros.

O achado surpreendente

Seria de esperar um tremor uniforme, como o que o movimento térmico comum produz — muitos deslocamentos pequenos e aleatórios em torno de uma posição média.

Encontrou-se outra coisa. A membrana permanece por um tempo prolongado em uma forma de curvatura e então salta de repente para a oposta. Entre esses saltos há muitas pequenas oscilações.

Movimentos desse tipo, com raras excursões grandes, chamam-se em estatística movimento de Lévy. Eles se distinguem matematicamente do movimento browniano comum, e o grupo publicou esse achado em 2016 na Physical Review Letters.

O passo rumo à energia

Quando uma superfície carregada se move, o campo elétrico em seu entorno muda. Se um contraeletrodo é colocado, surge uma corrente alternada.

Isso por si só não serve de nada — uma corrente alternada proveniente de movimento aleatório se anula na média. É preciso uma retificação, ou seja, o efeito catraca.

O grupo de Thibado acoplou grafeno autossustentado a um circuito por meio de diodos e publicou em 2020 na Physical Review E a medição de uma corrente obtida disso.

A objeção e seu tratamento

É exatamente aqui que começa a discussão especializada, e ela tem um ponto de partida venerável.

Richard Feynman tratou em suas aulas um experimento mental de Marian Smoluchowski: uma roda de pás, empurrada por moléculas, ligada a uma catraca que só permite um sentido de giro. Feynman mostrou que não funciona — a lingueta é ela mesma tão pequena que acaba empurrada pelo movimento térmico e volta atrás justamente com a frequência necessária para que o ganho se anule. Enquanto tudo tiver a mesma temperatura, nada sobra.

Transposta para o arranjo de Thibado, a objeção diz: os diodos também têm uma temperatura e produzem ruído. Uma demonstração limpa precisa mostrar que a corrente medida não provém desse ruído próprio.

O grupo apresentou vários trabalhos a respeito e argumenta que o movimento do grafeno, por seu caráter de Lévy, não corresponde ao caso simples de equilíbrio que Feynman tratou.

A questão permanece aberta até hoje. O que foi medido é incontestável; a que isso se deve continua sendo investigado.

Por que o grupo se apoia nisso

O Neutrino® Energy Group cita os trabalhos de Thibado como um entre vários elementos construtivos. A conexão salta aos olhos: se do movimento próprio de uma rede de grafeno é possível obter corrente dirigida, então isso é, em pequena escala, exatamente o processo que a folha de múltiplas camadas de grafeno e silício deve realizar em grande escala.

A equação mestra descreve essa contribuição como um canal entre vários — ao lado dos momentos de partículas, dos múons cósmicos e das flutuações eletromagnéticas.

Avaliação

Os trabalhos de Thibado apareceram em revistas especializadas com revisão por pares e continuam sendo discutidos ali — nem ignorados nem refutados.

Essa é exatamente a situação em que a pesquisa básica se encontra com frequência, e ela pode ser descrita sem exagero nas duas direções: um efeito medido, uma interpretação controversa, perguntas em aberto. Quem quiser situar a neutrinovoltaica encontra aqui o ponto de partida mais honesto.

Termos relacionados

Fontes

  • P. Thibado et al.: Fluctuation-induced current from freestanding graphene, Physical Review E 102, 042101 (2020).
  • M. L. Ackerman et al.: Anomalous Dynamical Behavior of Freestanding Graphene Membranes, Physical Review Letters 117, 126801 (2016).