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Pontos quânticos são aglomerados de cerca de 1.000 átomos que atuam como um grande ‘superátomo’. É possível projetar com precisão as propriedades eletrônicas desses pontos apenas alterando seu tamanho. No entanto, para criar dispositivos funcionais, um grande número de pontos deve ser combinado em um novo material. Durante este processo, as propriedades dos pontos são frequentemente perdidas. Agora, uma equipe liderada pela professora de Fotofísica e Optoeletrônica da Universidade de Groningen, Maria Antonietta Loi, conseguiu fazer um metamaterial optoeletrônico altamente condutor através da auto-organização. O metamaterial é descrito na revista Materiais avançados, publicado em 29 de outubro.
Pontos quânticos de PbSe (seleneto de chumbo) ou PbS (sulfeto de chumbo) podem converter a luz infravermelha de ondas curtas em uma corrente elétrica. Esta é uma propriedade útil para fazer detectores ou um switch para telecomunicações. ‘No entanto, um único ponto não faz um dispositivo. E quando os pontos são combinados, o conjunto muitas vezes perde as propriedades ópticas únicas dos pontos individuais, ou, se eles as mantêm, sua capacidade de transportar portadores de carga torna-se muito baixa’, explica Loi. ‘Isso ocorre porque é difícil criar um material ordenado a partir dos pontos.’
Camada ordenada
Trabalhando com colegas do Instituto Zernike de Materiais Avançados da Faculdade de Ciências e Engenharia da Universidade de Groningen, Loi experimentou um método que permite a produção de um metamaterial a partir de uma solução coloidal de pontos quânticos. Esses pontos, cada um com cerca de cinco a seis nanômetros de tamanho, mostram uma condutividade muito alta quando montados em uma matriz ordenada, mantendo suas propriedades ópticas.
“Sabíamos pela literatura que os pontos podem se auto-organizar em uma camada bidimensional ordenada. Queríamos expandir isso para um material 3D’, diz Loi. Para conseguir isso, eles encheram pequenos recipientes com um líquido que atuou como um ‘colchão’ para os pontos quânticos coloidais. “Ao injetar uma pequena quantidade na superfície do líquido, criamos um material 2D. Então, adicionar um volume maior de pontos quânticos acabou produzindo um material 3D ordenado.’
Superrede
Os pontos não são submersos no líquido, mas se auto-orientam na superfície para atingir um estado de baixa energia. ‘Os pontos têm uma forma cúbica truncada e, quando colocados juntos, formam uma estrutura ordenada em três dimensões; uma super-rede, onde os pontos agem como átomos em um cristal’, explica Loi. Esta super-rede que é composta pelos superátomos de pontos quânticos exibe a maior mobilidade eletrônica relatada para montagens de pontos quânticos.
Detectores
Foram necessários equipamentos especiais para determinar como é o novo metamaterial. A equipe usou um microscópio eletrônico com resolução atômica para mostrar os detalhes do material. Eles também ‘imaginaram’ a estrutura em grande escala do material usando uma técnica chamada espalhamento de raios-X de pequeno ângulo com incidência de Grazing. “Ambas as técnicas estão disponíveis no Instituto Zernike, graças aos meus colegas Bart Kooi e Giuseppe Portale, respectivamente, o que foi de grande ajuda”, diz Loi.
As medições das propriedades eletrônicas do material mostram que ele se assemelha muito ao de um semicondutor volumoso, mas com as propriedades ópticas dos pontos. Assim, o experimento abre caminho para a criação de novos metamateriais baseados em pontos quânticos. A sensibilidade dos pontos usados no presente estudo à luz infravermelha pode ser usada para criar interruptores ópticos para dispositivos de telecomunicações. “E eles também podem ser usados em detectores infravermelhos para visão noturna e direção autônoma.”
Concessão ERC
Loi está extremamente satisfeita com os resultados dos experimentos: ‘As pessoas sonham em conseguir isso desde a década de 1980. Esse é o tempo que foram feitas as tentativas de montar pontos quânticos em materiais funcionais. O controle da estrutura e das propriedades que alcançamos foi além das nossas expectativas mais loucas.’ Loi agora está trabalhando para entender e melhorar a tecnologia para construir super-redes estendidas a partir de pontos quânticos, mas também planeja fazê-lo com outros blocos de construção, pelos quais recebeu recentemente uma bolsa avançada do Conselho Europeu de Pesquisa. ‘Nosso próximo passo é aprimorar a técnica para tornar os materiais mais perfeitos e fabricar fotodetectores com eles.’
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Universidade de Groningen. Nota: O conteúdo pode ser editado para estilo e duração.
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