Bolsista publica artigo na Nature Communications

Bolsista de doutorado pleno no exterior da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), Wendel Silva Paz, publicou um artigo sobre a fabricação de heteroestruturas de van der Waals, materiais artificiais construídos a partir do empilhamento individual de camadas 2D, na revista Nature Communications. O artigo faz parte da tese que o estudante brasileiro tem desenvolvido na Universidad Autónoma de Madrid, Espanha.

A pesquisa de doutorado de Wendel está relacionada com o estudo teórico das propriedades eletrônicas e de transporte quântico em materiais bidimensionais (2D). Nessa classe de materiais, inclui-se o grafeno, e o conjunto de materiais 2D que podem ser esfoliados ou crescidos sobre um substrato.

O design de dispositivos eletrônicos de nova geração é um grande desafio, pois, à medida que o tamanho do dispositivo é reduzido aumentam as complicações na sua fabricação. “Dependendo da espessura das camadas com as quais são desenvolvidas estes dispositivos, o comportamento dos elétrons varia dentro deles”, ressalta o pesquisador brasileiro.

Heterostruturas de van der Waals
Em 2004, André Geim e Konstantin Novoselov provaram que é possível separar camadas de grafite de espessura atômica (grafeno) e de outros materiais bidimensionais usando apenas uma fita adesiva. Esse feito lhes rendeu o prêmio Nobel de Física em 2010. “Desde então, a comunidade científica tem buscado a possibilidade de construir materiais artificiais a partir do empilhamento artificial de diferentes materiais ultrafinos camada a camada. Esses materiais são chamados heteroestruturas de van der Waals. No entanto, esse processo não tem se mostrado eficaz devido a vários problemas como o alinhamento entre as diferentes camadas empilhadas e a dificuldade de controlar os resíduos atmosféricos que podem ser adsorvidos durante o processo de empilhamento, agravando assim a sua operação e impedindo a sua reprodutibilidade”.

Portanto, além de criar materiais de tamanho cada vez menores, a comunidade científica pretende criar dispositivos mais estáveis e reproduzíveis em larga escala. “Até agora, a abordagem mais difundida para empilhar camadas 2D baseia-se em métodos de empilhamentos individuais. No entanto, o empilhamento a partir de estruturas individuais ainda não fornece heteroestruturas perfeitamente limpas devido ao descasamento no parâmetro de rede e a presença de adsorventes entre camadas não desejadas. Neste trabalho, apresentamos uma abordagem diferente para fabricar heteroestruturas ultrafinas por esfoliação da franckeita, que é uma heteroestrutura de van der Waals que ocorre naturalmente e é estável ao ar. Verificamos que o material pode ser esfoliado tanto mecanicamente como quimicamente até a espessura de poucas camadas”, explica.

Aplicações
O estudo apresenta também uma extensiva caracterização teórica e experimental do material, além de explorar algumas aplicações para fotodetectores de infravermelho. “Nossos resultados teóricos também mostraram que a franckeita é uma heteroestrutura de tipo-II, o que amplia, ainda mais, o leque de possíveis aplicações. Esse material tem potencial aplicação na fabricação de células solares e fotodetectores, capazes de funcionar no infravermelho. Esses dispositivos são muito interessantes para aplicações em câmeras de visão noturna e sensores para as telecomunicações”.

A relevância do trabalho para o campo fez com que o artigo fosse destaque na seção news and views da revista Nature Nanotechnology. “O isolamento da franckeita como um material 2D de poucos átomos de espessura torna-se um marco no campo de pesquisa de materiais bidimensionais porque, a partir de agora, será possível obter heteroestruturas de van der Waals da própria natureza, evitando sua síntese complicada. Nosso trabalho demonstrou que procedimentos semelhantes aos empregados no isolamento do grafeno podem ser usados para obter camadas de espessura de poucos átomos da Franckeita permitindo, dessa forma, a fabricação de fotodetectores infravermelhos e células solares”.

Cooperação internacional
Wendel destaca a importância da experiência no exterior para a efetivação da pesquisa de doutorado. “A realização deste trabalho só foi possível devido à colaboração que firmamos com experimentais de Madrid, Barcelona e Delft na Holanda. Estou numa ótima universidade, trabalhando em grandes projetos e discutindo física (ciência) com pesquisadores altamente capacitados e motivados. Não tenho dúvidas que investimentos em programas, como o de doutorado pleno no exterior, devem sempre ser incentivados porque trabalhar em grandes centros de pesquisa, com pesquisadores de ponta e em grandes projetos é, sem dúvida, um valioso ganho científico pessoal e para o país de origem.”
O bolsista brasileiro acredita que o benefício de um estudo como esse pode repercutir de maneira geral na ciência e tecnologia do país. “De forma geral, estudantes brasileiros envolvidos em projetos de pesquisa internacionais podem proporcionar uma ligação muito forte entre a comunidade científica brasileira e as instituições que recebem esses estudantes. Ambos os lados podem se beneficiar e muitas vezes, esse é o primeiro passo para colaborações de longo prazo, o que geraria mais conhecimento e desenvolvimento em ciência para o Brasil”, conclui.
Título do Trabalho: Franckeite as a naturally occurring van der Waals heterostructure
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(Pedro Arcanjo)