Manipulando estruturas atômicas

Nas últimas décadas, a Física vem passando por momentos de grandes saltos, com descobertas relacionadas ao mundo microscópico e impacto direto sobre a forma que vivemos no mundo macroscópico. A criação de novos materiais e a manipulação das estruturas atômicas com potencial para criar caminhos para a nanotecnologia, com aplicações na medicina, robótica ou computação, por exemplo.

Parte desse potencial está em pesquisas realizadas pelo Departamento de Física Teórica e Experimental (DFTE) da UFRN, entre elas um trabalho no desenvolvimento de nanomateriais bidimensionais que podem gerar desde novos materiais a novos dispositivos tecnológicos de alta precisão.
Um trabalho desenvolvido pelo professor Bruno Carvalho (DFTE/UFRN), em parceria com colaboradores baseados em instituições de pesquisa no Japão e nos Estados Unidos, estuda defeitos estruturais em sistemas bidimensionais chamados de MoS2 (dissulfeto de molibdênio), comumente conhecido como um lubrificante. A equipe sintetizou monocamadas atômicas de MoS2 e foi capaz de criar defeitos estruturais, de modo controlado, irradiando o material com íons de gálio, e realizar alterações na estrutura cristalina do sistema.

Ao quantizar (quando as grandezas não assumem valores contínuos) os defeitos causados por essa irradiação, os cientistas então definiram um novo parâmetro métrico para quantificar essas alterações e foram capazes de estabelecer uma correlação para uma alta densidade de defeitos analisados em imagens eletrônicas.

Eles utilizaram uma técnica chamada de espectroscopia Raman, que mostra informações sobre a estrutura cristalina e vibracional de qualquer tipo de composto. Essa parte do trabalho foi realizada em um dos laboratórios da UFRN coordenado pelo professor Bruno Carvalho.

O grupo foi um dos primeiros no mundo a fazer esse tipo de análise em um sistema de MoS2, diminuindo em muito os custos e o tempo para quantificar materiais altamente defeituosos. Uma vez que os pesquisadores entenderam como esses sistemas funcionam, eles se perguntaram se seriam capazes também de criar defeitos e depois desfazê-los, manipulando a estrutura. A resposta encontrada foi sim.

“Como o MoS2 possui enxofre (S) fizemos uma ‘passivação de H2S’, ou seja, colocamos a amostra com defeitos em um forno com gás de H2S. Isso faz com que átomos de enxofre do H2S sejam depositados sobre a superfície do MoS2 defeituoso – é como se você estivesse colocando um band-aid nele. Isso fez com que a quantidade de defeitos diminuísse, recuperando a transição eletrônica para 10% do original”, explica o professor Carvalho sobre como esse processo foi possível.

A manipulação dessas estruturas utilizando essa técnica permitiria aos cientistas fazer uma produção em grande escala e com bons níveis de qualidade para ser utilizada em nanotecnologias.

Segundo o professor Carvalho, saber contar defeitos é muito importante para aplicação de dispositivos nanotecnológicos, assim como a capacidade de poder curar a amostra é altamente desejável para nanomateriais. Isso porque o objetivo de pesquisas como essa é o de produzir materiais em alta escala, usualmente por técnicas químicas como deposição química a vapor. “Nanomateriais sintetizados por esta técnica podem possuir uma considerável quantidade de defeitos. Agora temos uma alternativa de pelo menos reduzir a densidade de defeitos nesses materiais, melhorando suas propriedades eletrônicas. Ter defeitos na amostra pode ser tanto bom quanto ruim; isso depende da sua aplicação. Então, contar e curá-los é extremamente importante para a ‘engenharia de defeitos’ em materiais com aplicações nanotecnológicas”, disse.

O artigo Quantification and Healing of Defects in Atomically Thin Molybdenum Disulfide: Beyond the Controlled Creation of Atomic Defects foi capa da revista ACS Nano, na edição publicada em junho de 2021. Deverá ter continuidade nos próximos meses, quando os pesquisadores envolvidos farão novos experimentos e tentarão responder outras perguntas relacionadas ao tema.

Fonte: Agecom/UFRN