Nanofios de silício mesoporoso foram digitalizados por um feixe de laser focado em dois padrões diferentes, fotografado por microscópio óptico de campo brilhante, conforme representado por (a) e (c), bem como microscopia de fluorescência, conforme representado por (b) e (d). Evidentemente, as imagens escondidas nas caixas mostradas em (a) e (c) são claramente reveladas sob microscopia de fluorescência. Crédito:Universidade Nacional de Cingapura
Ao 'desenhar' micropadrões em nanomateriais usando um feixe de laser focado, os cientistas podem modificar as propriedades dos nanomateriais para aplicações eficazes em aplicações fotônicas e optoelétricas
Os desafios enfrentados pelos pesquisadores na modificação de propriedades de nanomateriais para aplicação em dispositivos podem ser resolvidos por uma técnica simples, graças aos recentes estudos inovadores conduzidos por cientistas da National University of Singapore (NUS).
Por meio do uso de um simples, técnica eficiente e de baixo custo envolvendo um feixe de laser focado, duas equipes de pesquisa NUS, liderado pelo Professor Sow Chorng Haur do Departamento de Física da Faculdade de Ciências NUS, demonstraram que as propriedades de dois tipos diferentes de materiais podem ser controladas e modificadas, e consequentemente, suas funcionalidades podem ser aprimoradas.
Disse o Prof Sow, "Na nossa infância, a maioria de nós provavelmente já teve a experiência de trazer uma lupa para fora em um dia ensolarado e tentou focar a luz do sol em um pedaço de papel para queimar o papel. Essa abordagem simples acaba sendo uma ferramenta muito versátil em pesquisa. Em vez de focar a luz do sol, podemos focalizar o feixe de laser em uma ampla variedade de nanomateriais e estudar os efeitos do feixe de laser focado nesses materiais. "
Micropadrões 'desenhados' em filmes MoS2 podem aumentar a condutividade elétrica e fotocondutividade
Bissulfeto de molibdênio (MoS2), uma classe de composto dichalcogeneto de metal de transição, tem atraído grande atenção como um material bidimensional emergente (2D) devido ao amplo reconhecimento de seu potencial em optoeletrônica. Uma das muitas propriedades fascinantes do filme 2D MoS2 é que suas propriedades dependem da espessura do filme. Além disso, suas propriedades podem ser modificadas uma vez que o filme seja modificado quimicamente. Portanto, um dos desafios neste campo é a capacidade de criar microdispositivos a partir do filme MoS2 compreendendo componentes com diferentes espessuras ou natureza química.
Para enfrentar este desafio tecnológico, Prof Sow, Dr. Lu Junpeng, candidato a pós-doutorado do Departamento de Física da Faculdade de Ciências da NUS, e os membros de sua equipe, utilizou uma configuração de feixe de laser focado em microscópio óptico para 'desenhar' micropadrões diretamente em filmes MoS2 de grande área, bem como para afinar os filmes.
O Dr. Lu Junpeng (à esquerda) e o Professor Sow Chorng Haur (à direita) do Departamento de Física da Faculdade de Ciências da NUS trabalhando com a máquina a laser focalizada personalizada. Crédito:Universidade Nacional de Cingapura
Com esta abordagem simples e de baixo custo, os cientistas foram capazes de usar o feixe de laser focado para "desenhar" seletivamente padrões em qualquer região do filme para modificar as propriedades da área desejada, ao contrário de outros métodos atuais, onde todo o filme é modificado.
Interessantemente, eles também descobriram que a condutividade elétrica e a fotocondutividade do material modificado aumentaram em mais de 10 vezes e cerca de cinco vezes, respectivamente. A equipe de pesquisa fabricou um fotodetector usando filme MoS2 modificado a laser e demonstrou o desempenho superior do MoS2 para tal aplicação.
Esta inovação foi publicada pela primeira vez online na revista ACS Nano em 24 de maio de 2014.
Imagens ocultas 'desenhadas' por feixe de laser focado em nanofios de silício podem melhorar as funcionalidades ópticas
Em um estudo relacionado publicado na revista Relatórios Científicos em 13 de maio de 2014, O professor Sow liderou outra equipe de pesquisadores da Faculdade de Ciências da NUS, em colaboração com cientistas da Hong Kong Baptist University, investigar como 'desenhar' micropadrões em nanofios de silício mesoporoso pode mudar as propriedades dos nanofios e avançar em suas aplicações.
A equipe digitalizou um feixe de laser focalizado rapidamente em uma série de nanofios de silício mesoporoso, que estão compactados como os fios de um tapete bem entrelaçados. Eles descobriram que o feixe de laser focado pode modificar as propriedades ópticas dos nanofios, fazendo com que emitam luz fluorescente azul-esverdeada. Esta é a primeira observação de tal comportamento modificado por laser dos nanofios de silício mesoporoso a ser relatada.
Os pesquisadores estudaram sistematicamente a modificação induzida por laser para obter insights sobre o estabelecimento de controle sobre as propriedades ópticas dos nanofios de silício mesoporoso. Sua compreensão permitiu-lhes 'desenhar' uma ampla variedade de micropadrões com diferentes funcionalidades ópticas usando o feixe de laser focalizado.
Para testar suas descobertas, os pesquisadores projetaram os componentes funcionais dos nanofios com aplicações interessantes. A equipe de pesquisa demonstrou que os micropadrões criados em uma potência de laser baixa são invisíveis ao microscópio óptico de campo brilhante, mas tornam-se aparentes ao microscópio de fluorescência, indicando a viabilidade de imagens ocultas.
Mais pesquisa
O campo de rápido crescimento da eletrônica e optoeletrônica exige deposição precisa de material com óptica específica de aplicação, elétrico, químico, e propriedades mecânicas.
Para desenvolver materiais com propriedades que possam atender às demandas da indústria, Prof Sow, junto com sua equipe de pesquisadores, irá estender a técnica versátil de feixe de laser focalizado para mais nanomateriais. Além disso, eles procurarão melhorar ainda mais as propriedades do MoS2 e do silício mesoporoso com diferentes técnicas.
