Sobrepondo diferentes materiais bidimensionais, físicos da Universidade de Basel criaram uma nova estrutura com a capacidade de absorver quase toda a luz de um comprimento de onda selecionado. A conquista depende de uma camada dupla de dissulfeto de molibdênio. As propriedades particulares da nova estrutura a tornam uma candidata para aplicações em componentes ópticos ou como fonte de fótons individuais, que desempenham um papel fundamental na pesquisa quântica. Os resultados foram publicados na revista científica Nature Nanotechnology .

Novos materiais bidimensionais são atualmente um tópico de pesquisa em alta em todo o mundo. De especial interesse são as heteroestruturas de van der Waals, que são formados por camadas individuais de diferentes materiais mantidos juntos por forças de van der Waals. As interações entre as diferentes camadas podem dar ao material resultante propriedades inteiramente novas.

Camada dupla desbloqueia propriedades cruciais

Já existem heteroestruturas de van der Waals que absorvem até 100 por cento da luz. Camadas únicas de dissulfeto de molibdênio oferecem capacidades de absorção nesta faixa. Quando a luz é absorvida, um elétron desocupa sua posição original na banda de valência, deixando para trás um buraco carregado positivamente. O elétron se move para um nível de energia mais alto, conhecida como banda de condução, onde ele pode se mover livremente.

O buraco resultante e o elétron são atraídos um pelo outro de acordo com a lei de Coulomb, dando origem a pares de elétron-buraco que permanecem estáveis ​​à temperatura ambiente. Contudo, com dissulfeto de molibdênio de camada única, não há como controlar quais comprimentos de onda de luz são absorvidos. "Somente quando uma segunda camada de dissulfeto de molibdênio é adicionada é que obtemos sintonia, uma propriedade essencial para fins de aplicação, "explica o professor Richard Warburton, do Departamento de Física e do Instituto Suíço de Nanociência da Universidade de Basel.

Absorção e sintonia

Trabalhando em estreita colaboração com pesquisadores na França, Warburton e sua equipe conseguiram criar essa estrutura. Os físicos usaram uma camada dupla de dissulfeto de molibdênio imprensada entre um isolante e o condutor elétrico de grafeno em cada lado.

"Se aplicarmos uma voltagem às camadas externas de grafeno, isso gera um campo elétrico que afeta as propriedades de absorção das duas camadas de dissulfeto de molibdênio, "explica Nadine Leisgang, estudante de doutorado na equipe de Warburton e principal autor do estudo. "Ajustando a tensão aplicada, podemos selecionar os comprimentos de onda em que os pares elétron-buraco são formados nessas camadas. "

Richard Warburton acrescenta, "Esta pesquisa pode abrir caminho para uma nova abordagem para o desenvolvimento de dispositivos optoeletrônicos, como moduladores." Os moduladores são usados ​​para alterar seletivamente a amplitude de um sinal. Outra aplicação potencial é a geração de fótons individuais, com implicações importantes para a tecnologia quântica.