Nature
Communications publica estudo de pesquisadores brasileiros sobre fósforo negro.
Estudo demonstra que as bordas deste material
apresentam características inesperadas e pode contribuir para a otimização de
futuros dispositivos tecnológicos. Pesquisadores pertencem ao Mackenzie, Unesp,
Unicamp, UFMG e Universidade Nacional de Singapura
A imagem da esquerda mostra, em dourado, o fino
cristal de fósforo negro estudado. Sobre o cristal é mostrada, na forma de uma
escala de cores, a intensidade de vibrações atômicas com características não
esperadas (o azul escuro representa menor intensidade, e o vermelho maior
intensidade). Observa-se que essas vibrações não usuais se concentram nas
bordas do cristal, dando-as características peculiares.
O periódico científico internacional Nature
Communications, do importante grupo editorial Nature Publishing Group, publicou
no último dia 14 de julho um artigo que reúne diversos grupos brasileiros e que
relata novas pesquisas sobre o fósforo negro – um nanomaterial que consiste no
empilhamento de folhas bidimensionais de fósforo. Com a participação do Prof.
Dr. Christiano J. S. de Matos, pesquisador do MackGraphe – Centro de Pesquisas
Avançadas em Grafeno, Nanomateriais e Nanotecnologias da Universidade
Presbiteriana Mackenzie, e de mais oito especialistas no assunto pertencentes
ao próprio MackGraphe e às universidades Unesp, Unicamp, UFMG e Universidade
Nacional de Singapura, o estudo desvenda uma propriedade antes desconhecida do
fósforo negro e poderá contribuir para o desenvolvimento de nanodispositivos de
alto desempenho.
Desde o isolamento do grafeno, em 2004, e da
demonstração de seu potencial para aplicações eletrônicas e optoeletrônicas,
muitos pesquisadores se concentraram em descobrir outros nanomateriais com espessuras
de poucos átomos, com propriedades semelhantes ou complementares. O último a
aderir a este clube seleto de alta tecnologia é o fósforo negro.
Descoberto em 1914, o material não é encontrado na
natureza e foi pouco estudado ao longo do primeiro século pós-descoberta. O
interesse nele, no entanto, explodiu em 2014, quando foi demonstrado que o
método da exfoliação mecânica com uma fita adesiva (o mesmo utilizado para se
isolar o grafeno pela primeira vez) podia ser utilizado para se obter fosforo negro
com espessuras de poucos átomos.
Diferente do grafeno, uma única folha de fósforo
negro, conhecida como fosforeno, apresenta uma estrutura “sanfonada” (ver
quadro abaixo). Também diferente do grafeno (que é um excelente condutor), o
fosforeno é um semicondutor, um tipo de material com importantes aplicações
eletrônicas. Além disso, as características eletrônicas do fósforo negro
dependem fortemente do número de camadas deste material.
As folhas de papel, com o desenho de átomos
organizados em uma estrutura semelhante à de favos de mel, ilustra as
diferenças geométricas entre grafeno e o fosforeno (uma única camada de fósforo
negro). No grafeno (esquerda) os átomos de carbono estão todos no mesmo plano,
formando uma folha esticada. No fosforeno (direita) a folha de átomos de
fósforo tem uma estrutura sanfonada, como se tivesse sido dobrada como um
origami, dando características anisotrópicas ao material.
De acordo com o professor Christiano de Matos,
essas características fazem do fósforo negro um material extremamente promissor
para futuras aplicações eletrônicas e optoeletrônicas, por exemplo em
transistores, desempenhando as funções lógicas necessárias em sistemas
digitais; em detectores de luz, transformando energia luminosa em corrente
elétrica em sistemas de comunicações ópticas (fibra óptica) ou em células
fotovoltaicas; e em novos emissores de luz para as comunicações ópticas. Desta
forma grafeno e fósforo negro são complementares, e não concorrentes, em termos
de uso e aplicação, podendo inclusive ser utilizados em conjunto.
O estudo recém-publicado é pioneiro por ser o
primeiro a identificar, através de técnicas computacionais e de laboratório,
que as vibrações atômicas deste material apresentam um comportamento não
esperado e diferente daquelas observadas longe das bordas. O estudo mostra,
ainda, que este comportamento, não observado em grafeno, é consequência da
distorção da rede cristalina próximo às bordas. Como as vibrações atômicas de
um material estão relacionadas à geração e dissipação de calor, o estudo
contribuirá para um melhor entendimento de como o calor é dissipado neste novo
material, o que será de grande importância para a otimização de
nanodispositivos eletrônicos e optoeletrônicos baseados em fósforo negro.
A parte experimental da pesquisa foi realizada no
MackGraphe utilizando-se a técnica de espectroscopia Raman, capaz de analisar
com precisão as propriedades atômicas e moleculares dos materiais. O MackGraphe
possui um dos espectrômetros Raman mais modernos do país. Adquirido com recursos
da FAPESP, o equipamento apresenta altíssima sensibilidade e a capacidade de
realizar análises extensas em alta velocidade.
Fonte: ENVOLVERDE
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