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    Quando os plasmons alcançam a planície atômica

    Instantâneo de um cálculo que mostra um pacote de onda de plasmon em movimento lento animado na monocamada TaS2. O pacote de onda de plasmon é altamente localizado no espaço real, mesmo a ~ 1 ps após sua criação com um pulso de laser ultrarrápido acoplado a uma ponta de microscopia de força atômica. Crédito:Felipe da Jornada

    Pesquisadores do MPSD e do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (LBNL) nos Estados Unidos descobriram um novo tipo fundamental de oscilação eletrônica quântica, ou plasmon, em materiais atomicamente finos. Seu trabalho já foi publicado em Nature Communications . Ele tem implicações potenciais para novas técnicas de imagem e reações fotoquímicas em nanoescala.

    Quase setenta anos atrás, os cientistas mostraram que os elétrons nos materiais podem sustentar oscilações de propagação em forma de onda, conhecido como plasmons. Hoje em dia, há um campo vibrante de plasmonics que estuda essas oscilações eletrônicas, com aplicativos como a criação de chips de computador mais rápidos, células solares, biossensores, e até mesmo tratamentos de terapia de câncer.

    Plasmons são fortemente afetados pela geometria de seus materiais hospedeiros, o que os torna muito ajustáveis ​​para diferentes aplicações. Contudo, não estava claro como os plasmons se comportam em um caso extremo:quando os materiais têm apenas alguns átomos de espessura.

    A equipe internacional de pesquisa composta por Felipe da Jornada e Steven Louie do LBNL da Universidade da Califórnia, Berkeley, e Lede Xian e Ángel Rubio do MPSD, que é baseado no Center for Free-Electron Laser Science (CFEL), queria lançar uma nova luz sobre as propriedades dos plasmons neste romance, materiais atomicamente finos.

    Usando cálculos quânticos sem parâmetros, eles descobriram que os plasmons se comportam de uma maneira peculiar em tudo materiais atomicamente finos. Isso foi inicialmente uma surpresa para os autores:"A física dos livros didáticos diz que os plasmons em materiais a granel se comportam de uma maneira, e em materiais estritamente bidimensionais, de outro modo. Mas, ao contrário desses modelos simplificados, plasmons em todos real , materiais atomicamente finos se comportam de forma diferente e tendem a ser muito mais localizáveis ​​no espaço, "diz Felipe Jornada, que agora está baseado na Universidade de Stanford.

    O motivo dessa diferença, Steven Louie argumenta, é aquele "em real materiais atomicamente finos, todos os outros elétrons que não estão conduzindo e oscilando podem rastrear esses plasmons, o que leva a uma relação de dispersão fundamentalmente diferente para essas excitações. "

    Outras descobertas importantes de sua pesquisa são que os plasmons em sistemas como a monocamada TaS 2 podem permanecer estáveis ​​por longos períodos (~ 2 ps) e são virtualmente sem dispersão para os vetores de onda que são comumente usados ​​em certos experimentos. Isso indica que plasmons em materiais atomicamente finos são localizáveis ​​no espaço real com técnicas experimentais disponíveis e podem aumentar significativamente a intensidade da luz por um fator de mais de 10 7 .

    Ángel Rubio, o diretor do Departamento de Teoria do MPSD, diz:"Essas descobertas são relevantes para muitas aplicações, desde a promoção de reações fotocatalíticas até biossensor e espectroscopia de molécula única. "


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