Paul Jerger, um estudante de pós-graduação na Universidade de Chicago e Argonne, ajusta a montagem que permite aos pesquisadores girar e posicionar seu ímã. Crédito:Universidade de Chicago / Jonathan Karsch
Pesquisadores da Universidade de Chicago e do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA desenvolveram um novo método para medir como as fotocorrentes fluem em um material 2-D - um resultado que pode ter implicações no desenvolvimento de sensores quânticos e eletrônicos de próxima geração.
Usando sensores quânticos para visualizar o campo magnético em dissulfeto de molibdênio extremamente fino (MoS 2 ) - um material com apenas três átomos de espessura - a equipe descobriu como as fotocorrentes (correntes elétricas induzidas pela luz) fluíam no material - neste caso, surpreendentemente, em um vórtice ao redor do laser. Este método ultrassensível de medir tais correntes em um material bidimensional, que é uma substância com espessura de alguns nanômetros ou menos, ajudará os pesquisadores a entender melhor o material na esperança de, eventualmente, usá-lo para criar eletrônicos flexíveis e células solares. Os resultados foram publicados no dia 6 de janeiro na revista. Revisão Física X .
"A capacidade de observar o comportamento eletrônico que é invisível para as medições tradicionais abre novos caminhos para o estudo científico, e, em última análise, nos ajuda a projetar tecnologias quânticas eficientes, "disse o investigador principal David Awschalom, Liew Family Professor de Engenharia Molecular, cientista sênior do Laboratório Nacional de Argonne, e diretor da Chicago Quantum Exchange. "Esta técnica de medição sensível nos permite explorar fenômenos em escala atômica e desenvolver novos dispositivos de detecção quântica e comunicação.
Medindo correntes em materiais extremamente finos
Para fazer a medição, Awschalom e a equipe colocaram MoS 2 em um centro de vacância de nitrogênio, que é um defeito em um diamante onde um átomo de nitrogênio fica próximo a um local vazio na estrutura do diamante. Esses pontos podem ser usados para estudar fenômenos de spin eletrônico e nuclear.
A equipe então apontou um laser vermelho sobre o material para ver se eles podiam detectar qualquer distúrbio magnético temporário (que eles supuseram que o laser poderia causar). Mas em vez de perturbações magnéticas, eles detectaram fortes fotocorrentes, que pode resultar quando a luz incide sobre um material. Essas fotocorrentes produzem campos magnéticos à medida que fluem. As fotocorrentes são a base por trás da tecnologia em câmeras digitais, células solares, e redes de fibra óptica.
Os pesquisadores ficaram surpresos ao descobrir as fotocorrentes viajando em um vórtice ao redor do laser - uma forma que seria impossível de detectar com outras técnicas.
Métodos tradicionais para medir como as fotocorrentes fluem através do MoS 2 são difíceis de executar e frequentemente incorretos. Compreender esse fenômeno é importante para desenvolver eletrônicos potencialmente flexíveis e transparentes do MoS 2 e outros materiais 2-D.
"Estamos muito mais felizes por termos encontrado fotocorrentes em vez dos distúrbios magnéticos que procurávamos, "disse Paul Jerger, um estudante de graduação no laboratório UChicago de Awschalom e em Argonne, que conduziu a pesquisa com o ex-colega de pós-doutorado Brian Zhou, que agora está no Boston College. "Compreender as fotocorrentes nos ajudará a entender melhor as propriedades elétricas de materiais como este, com a esperança de usá-los para eletrônicos, como câmeras digitais ou células solares. "
Criação de dispositivos quânticos mais compactos
A descoberta pode abrir caminho para melhores configurações experimentais no laboratório, onde os centros de vacância de nitrogênio são usados para conduzir operações quânticas. Também será útil para entender como as fotocorrentes são geradas e propagadas, que poderia permitir aos pesquisadores usar materiais finos para câmeras digitais, células solares, ou mesmo campos magnéticos sob demanda que não requerem fios elétricos.
Em seguida, a equipe espera adaptar o processo para medir fotocorrentes em temperatura ambiente, e tentar aplicar esta técnica para medir fotocorrentes em outros materiais finos, como o grafeno.
"À medida que sintetizamos materiais quânticos da mais alta qualidade, idealmente, queremos medi-los sem fazer conexões elétricas prejudiciais, "disse Jiwoong Park, professor de química na UChicago e nomeado conjuntamente em Argonne, cujo grupo criou o MoS 2 utilizado no estudo. "Essa nova técnica nos permite fazer isso, pavimentando o caminho para desenvolver novos materiais quânticos em processos em escala industrial. "
