Camadas de dissulfeto de molibdênio com a espessura de um átomo, um composto que ocorre naturalmente nas rochas, provou ser melhor do que o grafeno para aplicações eletrônicas? Há muitos sinais de que isso pode acontecer. Mas físicos da Faculdade de Física da Universidade de Varsóvia mostraram que a natureza dos fenômenos que ocorrem em materiais em camadas ainda é mal compreendida e requer mais pesquisas.

O grafeno já foi aclamado como o futuro da eletrônica. Construído com anéis de carbono de seis átomos dispostos em uma estrutura semelhante a um favo de mel, ele forma folhas extremamente resilientes com apenas um único átomo de espessura. Contudo, sabemos de outros materiais que possuem um similar, estrutura em camadas. Mais importante, alguns deles, como dissulfeto de molibdênio, têm propriedades tão intrigantes quanto as do grafeno.

Pesquisadores da Universidade de Varsóvia, A Faculdade de Física (FUW) demonstrou que os fenômenos que ocorrem na rede cristalina das folhas de dissulfeto de molibdênio são de natureza ligeiramente diferente do que se pensava anteriormente. Um relatório que descreve a descoberta, alcançado em colaboração com o Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses em Grenoble, foi publicado recentemente em Cartas de Física Aplicada .

"Não será possível construir sistemas eletrônicos complexos consistindo de folhas atômicas individuais até que tenhamos uma compreensão suficientemente boa da física envolvida nos fenômenos que ocorrem dentro da rede cristalina desses materiais. Nossa pesquisa mostra, Contudo, que a pesquisa ainda tem um longo caminho a percorrer neste campo ", diz o Prof. Adam Babiński da Faculdade de Física da UW.

O método mais simples de criar grafeno é chamado de esfoliação:um pedaço de fita adesiva é primeiro colado em um pedaço de grafite, em seguida, descascado. Entre as partículas que permanecem grudadas na fita, pode-se encontrar camadas microscópicas de grafeno. Isso ocorre porque o grafite consiste em muitas folhas de grafeno adjacentes umas às outras. Os átomos de carbono dentro de cada camada estão fortemente ligados uns aos outros (por ligações covalentes, ao qual o grafeno deve sua lendária resiliência), mas as camadas individuais são mantidas juntas por ligações significativamente mais fracas (ligações de van de Walls). A fita adesiva comum é forte o suficiente para quebrar esta última e rasgar folhas de grafeno individuais do cristal de grafite.

Há alguns anos, percebeu-se que assim como o grafeno pode ser obtido da grafite, folhas de um único átomo de espessura podem ser obtidas de muitos outros cristais. Isso foi feito com sucesso, por exemplo, com calcogenetos de metais de transição (sulfetos, selenides, e teluretos). Camadas de dissulfeto de molibdênio (MoS2), em particular, provaram ser um material muito interessante. Este composto existe na natureza como molibdenita, um material de cristal encontrado em rochas ao redor do mundo, freqüentemente assumindo a forma característica de placas hexagonais prateadas. Durante anos, a molibdenita foi usada na fabricação de lubrificantes e ligas metálicas. Como no caso do grafite, as propriedades das folhas de átomo único de MoS2 por muito tempo passaram despercebidas.

Do ponto de vista de aplicações em eletrônica, As folhas de dissulfeto de molibdênio apresentam uma vantagem significativa sobre o grafeno:elas têm uma lacuna de energia, uma faixa de energia dentro da qual nenhum estado de elétron pode existir. Ao aplicar campo elétrico, o material pode ser alternado entre um estado que conduz eletricidade e um que se comporta como um isolante. Pelos cálculos atuais, um transistor de dissulfeto de molibdênio desligado consumiria até algumas centenas de milhares de vezes menos energia do que um transistor de silício. Grafeno, por outro lado, não tem gap de energia e os transistores feitos de grafeno não podem ser totalmente desligados.

Informações valiosas sobre a estrutura de um cristal e os fenômenos que ocorrem dentro dele podem ser obtidas analisando como a luz se espalha dentro do material. Os fótons de uma determinada energia são geralmente absorvidos pelos átomos e moléculas do material, então reemitido com a mesma energia. No espectro da luz espalhada, pode-se ver um pico distinto, correspondendo a essa energia. Acontece que, Contudo, que um entre muitos milhões de fótons é capaz de usar parte de sua energia de outra forma, por exemplo, para alterar a vibração ou circulação de uma molécula. A situação inversa também ocorre às vezes:um fóton pode tirar parte da energia de uma molécula, e assim sua própria energia aumenta ligeiramente. Nesta situação, conhecido como espalhamento Raman, dois picos menores são observados em ambos os lados do pico principal.

Os cientistas da Faculdade de Física da UW analisaram os espectros Raman do dissulfeto de molibdênio realizando medições microscópicas de baixa temperatura. A maior sensibilidade do equipamento e métodos de análise detalhados permitiram à equipe propor um modelo mais preciso dos fenômenos que ocorrem na rede cristalina de dissulfeto de molibdênio.

"No caso de materiais de camada única, a forma das linhas Raman foi explicada anteriormente em termos de fenômenos envolvendo certas vibrações características da rede cristalina. Mostramos para as folhas de dissulfeto de molibdênio que os efeitos atribuídos a essas vibrações devem, na verdade, pelo menos em parte, ser devido a outras vibrações da rede não levadas em consideração anteriormente ", explica Katarzyna Gołasa, um estudante de doutorado na Faculdade de Física da UW.

A presença do novo tipo de vibração em materiais de folha única tem impacto sobre o comportamento dos elétrons. Como consequência, esses materiais devem ter propriedades eletrônicas um pouco diferentes das previstas anteriormente.

"O grafeno foi o primeiro. Suas características únicas desencadearam um considerável, interesse ainda crescente entre cientistas e também da indústria. Contudo, não devemos nos esquecer de outros materiais de camada única. Se os estudarmos bem, eles podem provar ser melhores do que o grafeno para muitas aplicações ", Prof. Babiński diz.

Física e Astronomia apareceu pela primeira vez na Universidade de Varsóvia em 1816, na então Faculdade de Filosofia. Em 1825, o Observatório Astronômico foi estabelecido. Atualmente, os institutos da Faculdade de Física incluem Física Experimental, Física Teórica, Geofísica, Departamento de Métodos Matemáticos e Observatório Astronômico. A pesquisa cobre quase todas as áreas da física moderna, em escalas do quântico ao cosmológico. O pessoal docente e de pesquisa do corpo docente inclui ca. 200 professores universitários, dos quais cerca de 80 são funcionários com o título de professor. A Faculdade de Física, Universidade de Varsóvia, é atendido por ca. 1000 alunos e mais de 140 alunos de doutorado.