p (Phys.org) —Quando exposto ao ar, um material 2D luminescente chamado telureto de molibdênio (MoTe ₂ ) parece se decompor em alguns dias, perdendo seu contraste óptico e se tornando virtualmente transparente. Mas quando os cientistas investigaram mais, eles descobriram que o desaparecimento é uma ilusão:o material permanece estruturalmente estável, e apenas suas propriedades materiais mudam. Os resultados revelam uma visão sobre a estabilidade ambiental e propriedades incomuns de uma nova classe de materiais 2D chamados dichalcogenetos de metais de transição (TMDs). p Os pesquisadores, liderado por Sefaattin Tongay, Professor assistente na Arizona State University, publicaram um artigo sobre a mudança de luminescência em uma edição recente da ACS Nano .

p "Atualmente, muitos pesquisadores em todo o mundo estão demonstrando aplicativos de prova de conceito muito impressionantes e promissores usando sistemas de materiais 2D, mas ainda não sabemos sua estabilidade material por longos períodos de tempo, "Tongay disse Phys.org . “Esta pesquisa apresenta o caso único do MoTe ₂ , o único TMD de alcance infravermelho, onde as monocamadas desaparecem visualmente, mas fisicamente ainda estão lá. "

p Como outros TMDs, MoTe ₂ destaca-se por suas propriedades ópticas interessantes. Em massa, TMDs não são luminescentes, mas quando flocos de espessura de uma camada de átomo são esfoliados do volume, os flocos 2D tornam-se semicondutores e emitem luz com bastante força. Por esta razão, Os TMDs semicondutores 2D podem ter aplicações em optoeletrônica e tecnologias de conversão de energia solar. Como o único TMD que tem uma lacuna de banda de infravermelho, MoTe ₂ é particularmente adequado para detectores infravermelhos e transistores de efeito de campo de túnel.

p Como os materiais 2D têm uma grande proporção de superfície para volume, suas propriedades podem ser afetadas por interações entre sua superfície e o meio ambiente. Observando que os compostos de telúrio são particularmente sensíveis ao oxigênio, os pesquisadores aqui queriam investigar o que acontece quando a monocamada MoTe ₂ é exposto ao oxigênio por vários dias.

p Os pesquisadores começaram observando o material ao microscópio óptico com lentes infravermelhas. Eles descobriram que MoTe ₂ flocos que eram altamente luminescentes no início mantiveram seu brilho durante o período de observação de 8 dias. Por outro lado, flocos fracamente luminescentes apareceram inesperadamente desvanecer-se dentro de 1-3 dias, e partes deles desapareceram completamente.

p Contudo, ao visualizar os flocos "desaparecendo" usando um microscópio de força atômica (AFM), que faz a varredura de amostras mecanicamente em vez de opticamente, os pesquisadores viram os flocos "reaparecerem". Os flocos nunca desapareceram em primeiro lugar, mas suas propriedades ópticas mudaram enquanto sua estrutura química era mantida.

p Os pesquisadores propõem que a razão pela qual os flocos fracamente luminescentes parecem desaparecer é que eles têm um grande número de defeitos, particularmente vagas devido à falta de átomos. Essas vagas são porque os flocos têm uma baixa luminescência inicial, e também explicar por que eles perdem sua luminescência quando expostos ao oxigênio. Moléculas de oxigênio (O ₂ ) do ar ficam embutidos nesses defeitos e se ligam a Mo e Te, formando "estados profundos" que basicamente prendem elétrons e lacunas, efetivamente proibindo a luminescência. Por outro lado, flocos que são altamente luminescentes para começar têm um pequeno número de defeitos, então eles não absorvem tantas moléculas de oxigênio, não sofrem perda de luminescência, e suas propriedades ópticas permanecem próximas de suas propriedades sob condições de vácuo.

p “Este trabalho mostra que uma pequena quantidade de defeitos no MoTe ₂ pode ter um grande impacto em suas propriedades materiais, como óptico, elétrico, e vibracional, e essas mudanças ocorrem gradualmente ao longo do tempo, semelhante ao envelhecimento do vinho:dependendo da concentração do defeito, MoTe ₂ monocamadas podem estragar com o tempo (ou podem melhorar), "Tongay explicou.

p Os resultados aqui mostram que os defeitos desempenham um papel significativo nas propriedades ópticas e na estabilidade do MoTe ₂ , e também pode revelar uma visão sobre a estabilidade ambiental de outros materiais 2D, como siliceno (silício 2D), fosforeno (fósforo 2D), e outros TMDs. Também pode levar a maneiras de controlar as propriedades desses materiais.

p "Esta é uma descoberta importante na medida em que praticamente implica que somos capazes de ajustar as propriedades ópticas do MoTe 2D ₂ manipulando a densidade do defeito no material e evitando que o material perca seus atributos intrínsecos, melhorando a qualidade do cristal, "disse Bin Chen, Estudante de doutorado na Arizona State University e principal autor do artigo.

p No futuro, os pesquisadores planejam explorar e estabelecer a estabilidade de outros sistemas de materiais 2D, bem como impulsionar suas propriedades por funcionalização molecular através de pontos de defeito existentes ou criados intencionalmente.

p "Apesar dos resultados encorajadores e aplicações impressionantes, nossos resultados apontam para a instabilidade ambiental ao longo de um período de um mês, "Chen disse." Esperamos entender isso e superar esses desafios de maneira ideal usando nosso conhecimento e experiência em ciência e engenharia de materiais. " p © 2015 Phys.org