Através de ângulos de torção mágicos e estados de energia únicos, é possível projetar sob medida, materiais atomicamente finos que podem ser inestimáveis ​​para a eletrônica do futuro. Agora, pesquisadores da Chalmers University of Technology, Suécia, e a Universidade de Regensburg, na Alemanha, lançaram luz sobre a dinâmica ultrarrápida desses novos materiais. Os resultados foram publicados recentemente na prestigiosa revista. Materiais da Natureza .

Imagine que você está construindo uma célula solar superfina com eficiência energética. Você tem um material que conduz corrente e outro que absorve luz. Você deve, portanto, usar ambos os materiais para alcançar as propriedades desejadas, e o resultado pode não ser tão fino quanto você esperava.

Agora imagine, em vez disso, que você tem camadas atomicamente finas de cada material, que você coloca em cima do outro. Você torce uma camada em direção à outra uma certa quantidade, e de repente uma nova conexão é formada, com estados de energia especiais - conhecidos como excitons intercamadas - que existem em ambas as camadas. Agora você tem o material desejado em um nível atomicamente fino.

Ermin Malic, pesquisador da Chalmers University of Technology, em colaboração com colegas de pesquisa alemães em torno de Rupert Huber na Universidade de Regensburg, agora conseguiu mostrar com que rapidez esses estados são formados e como eles podem ser ajustados por meio de ângulos de torção. Empilhar e torcer materiais atomicamente finos, como tijolos de Lego, em novos materiais conhecidos como 'heteroestruturas', é uma área de pesquisa que ainda está em seu início.

"Essas heteroestruturas têm um potencial tremendo, pois podemos projetar materiais feitos sob medida. A tecnologia pode ser usada em células solares, eletrônica flexível, e até possivelmente em computadores quânticos no futuro, "diz Ermin Malic, Professor do Departamento de Física da Chalmers.

Ermin Malic e seus alunos de doutorado Simon Ovesen e Samuel Brem colaboraram recentemente com pesquisadores da Universidade de Regensburg. O grupo sueco foi o responsável pela parte teórica do projeto, enquanto os pesquisadores alemães conduziam os experimentos. Pela primeira vez, com a ajuda de métodos únicos, eles conseguiram revelar os segredos por trás da formação ultrarrápida e dinâmica de excitons intercamadas em materiais de heteroestrutura. Eles usaram dois lasers diferentes para seguir a sequência de eventos. Torcendo materiais atomicamente finos uns em direção aos outros, eles demonstraram que é possível controlar a rapidez com que ocorre a dinâmica do exciton.

"Este campo emergente de pesquisa é tão fascinante e interessante para a academia quanto para a indústria, "diz Ermin Malic. Ele lidera o Chalmers Graphene Center, que reúne pesquisas, educação e inovação em torno do grafeno, outros materiais atomicamente finos e heteroestruturas sob um guarda-chuva comum.

Esses tipos de materiais promissores são conhecidos como materiais bidimensionais (2-D), visto que consistem apenas em uma camada atomicamente fina. Devido às suas propriedades notáveis, eles são considerados como tendo um grande potencial em vários campos da tecnologia. Grafeno, consistindo em uma única camada de átomos de carbono, é o exemplo mais conhecido. Está começando a ser aplicado na indústria, por exemplo, em detectores super-rápidos e altamente sensíveis, dispositivos eletrônicos flexíveis e materiais multifuncionais no setor automotivo, indústrias aeroespacial e de embalagens.

Mas o grafeno é apenas um dos muitos materiais 2-D que podem ser de grande benefício para nossa sociedade. Atualmente, há muita discussão sobre heteroestruturas consistindo de grafeno combinado com outros materiais 2-D. Em pouco tempo, a pesquisa sobre heteroestruturas fez grandes avanços, e o jornal Natureza publicou recentemente vários artigos inovadores neste campo de pesquisa.

Na Chalmers, vários grupos de pesquisa estão trabalhando na vanguarda do grafeno. O Graphene Center está agora investindo em nova infraestrutura para poder ampliar a área de pesquisa para incluir também outros materiais 2-D e heteroestruturas.

"Queremos estabelecer um centro forte e dinâmico para materiais 2-D aqui na Chalmers, para que possamos construir pontes com a indústria e garantir que nosso conhecimento beneficie a sociedade, "diz Ermin Malic.

O papel, publicado em Materiais da Natureza , é intitulado "Transição ultrarrápida entre fases de exciton em heteroestruturas de van der Waals."