p O grafeno poderia transformar luz em eletricidade? Os cientistas mostraram que o grafeno pode converter um único fóton em vários elétrons, mostrando muita promessa para futuros dispositivos fotovoltaicos. p O grafeno é um material que ganhou enorme popularidade nos últimos anos, devido à sua extraordinária força e leveza. Ele pode ser gerado literalmente descascando-o do grafite, ou crescendo em cima de vários materiais, o que torna sua produção econômica. Estudos sugerem que o grafeno também pode ser usado como material fotovoltaico, transformando luz em eletricidade. Usando um método espectroscópico de ponta, cientistas da EPFL e colaboradores demonstraram que, ao absorver um único fóton, o grafeno pode gerar vários elétrons que têm energia suficiente para acionar uma corrente elétrica. O trabalho é publicado em Nano Letras .

p O grafeno é fascinante em termos de física fundamental, porque é melhor para conduzir eletricidade à temperatura ambiente do que, e. cobre, o que o torna ideal para circuitos ultra-rápidos. Além disso, foi demonstrado que o grafeno conduz eletricidade após a absorção de luz, o que significa que também pode ser usado em dispositivos fotovoltaicos. Mas até agora, O potencial do grafeno para a conversão eficiente de luz em eletricidade não era bem compreendido.

p Esta é uma tarefa desafiadora, pois esta conversão ocorre em uma escala de femto-segundo (10-15 segundos; um quatrilionésimo de segundo), muito rápido para que as técnicas convencionais detectem o movimento do elétron. Para superar esse obstáculo, Jens Christian Johannsen do laboratório de Marco Grioni na EPFL, com colegas da Universidade Aarhus e ELETTRA na Itália, empregou uma técnica sofisticada chamada "espectroscopia de fotoemissão com resolução ultrarrápida de tempo e ângulo" (trARPES). Os experimentos foram realizados no Laboratório Rutherford Appleton, de renome mundial, em Oxford.

p Com este método, uma pequena amostra de grafeno é colocada em uma câmara de ultra-alto vácuo. O grafeno é então atingido por um pulso ultrarrápido de 'bomba' de luz laser. Isso excita os elétrons no grafeno, "elevando-os" a estados de alta energia onde eles podem realmente conduzir uma corrente elétrica. Enquanto os elétrons estão nesses estados, a amostra de grafeno é atingida com um atraso de tempo, pulso de 'prova' que literalmente tira um instantâneo da energia que cada elétron tem naquele momento. A sequência é repetida rapidamente para diferentes pontos de tempo, como um filme stop-motion, e captura a dinâmica dos elétrons em uma sequência de ação ao vivo.

p Um fóton, muitos elétrons

p Os cientistas usaram amostras "dopadas" de grafeno, o que significa que eles adicionaram ou subtraíram elétrons dele por meios químicos. O experimento revelou que, quando o grafeno dopado absorve um único fóton, isso pode excitar vários elétrons e fazê-lo proporcionalmente ao grau de dopagem. O fóton excita um elétron, que então "cai" rapidamente de volta ao seu estado fundamental de energia. Enquanto isso, a "queda" excita mais dois elétrons em média como um efeito indireto. "Isso indica que um dispositivo fotovoltaico usando grafeno dopado pode apresentar eficiência significativa na conversão de luz em eletricidade", diz Marco Grioni.

p Os cientistas fizeram a primeira observação direta do efeito de multiplicação fóton-elétron do grafeno, o que torna o material um bloco de construção muito promissor para qualquer dispositivo que dependa da conversão de luz em eletricidade. Por exemplo, novos dispositivos fotovoltaicos usando grafeno poderiam coletar energia luminosa em todo o espectro solar com menor perda de energia do que os sistemas atuais.

p Com base em sua tecnologia de ponta e sucesso experimental, os cientistas agora planejam explorar efeitos semelhantes em outros materiais bidimensionais, como dissulfeto de molibdênio (MoS ₂ ), um material que já está no centro das atenções por suas notáveis ​​propriedades eletrônicas e catalíticas.