p Todos os materiais são feitos de átomos, que vibram. Essas vibrações, ou 'fonons', são responsáveis, por exemplo, para saber como a carga elétrica e o calor são transportados nos materiais. Vibrações de metais, semicondutores, e isoladores em são bem estudados; Contudo, agora os materiais estão sendo redimensionados para oferecer melhor desempenho a aplicativos como monitores, sensores, baterias, e membranas catalíticas. O que acontece com as vibrações quando um material é nanodimensionado não foi compreendido até agora. p Superfícies suaves vibram fortemente

p Em uma publicação recente em Natureza , A professora da ETH Vanessa Wood e seus colegas explicam o que acontece com as vibrações atômicas quando os materiais são nanométricos e como esse conhecimento pode ser usado para projetar sistematicamente nanomateriais para diferentes aplicações.

p O artigo mostra que quando os materiais são feitos menores do que cerca de 10 a 20 nanômetros, isto é, 5, 000 vezes mais fino que o ar humano - as vibrações das camadas atômicas mais externas na superfície da nanopartícula são grandes e desempenham um papel importante no comportamento desse material.

p "Para alguns aplicativos, como catálise, termelétricas, ou supercondutividade, essas grandes vibrações podem ser boas, mas para outras aplicações, como LEDs ou células solares, essas vibrações são indesejáveis, "explica Wood.

p De fato, o artigo explica por que as células solares baseadas em nanopartículas não cumpriram até agora sua promessa completa. Os pesquisadores mostraram, usando experimentos e teorias, que as vibrações da superfície interagem com os elétrons para reduzir a fotocorrente nas células solares.

p "Agora que provamos que as vibrações da superfície são importantes, podemos projetar materiais sistematicamente para suprimir ou aumentar essas vibrações, "disse Wood.

p Melhorando as células solares

p O grupo de pesquisa de Wood trabalhou por muito tempo em um tipo específico de nanomaterial - nanocristais coloidais - semicondutores com um diâmetro de 2 a 10 nanômetros. Esses materiais são interessantes porque suas propriedades ópticas e elétricas dependem de seu tamanho, que pode ser facilmente alterado durante sua síntese.

p Esses materiais agora são usados ​​comercialmente como emissores de luz vermelha e verde em TVs baseadas em LED e estão sendo explorados como possíveis materiais de baixo custo, células solares processadas por solução. Os pesquisadores notaram que colocar certos átomos ao redor da superfície do nanocristal pode melhorar o desempenho das células solares. A razão pela qual isso funcionou não foi compreendida. O trabalho publicado no Natureza O papel agora dá a resposta:uma camada dura de átomos pode suprimir as vibrações e sua interação com os elétrons. Isso significa uma fotocorrente mais alta e uma célula solar de maior eficiência.

p Big Science para estudar a nanoescala

p Os experimentos foram conduzidos nos laboratórios do Professor Wood na ETH Zurich e na Swiss Spallation Neutron Source no Paul Scherrer Institute. Ao observar como os nêutrons espalham os átomos em um material, é possível quantificar como os átomos de um material vibram. Para entender as medições de nêutrons, simulações das vibrações atômicas foram feitas no Swiss National Supercomputing Center (CSCS) em Lugano. Wood diz, "sem acesso a essas grandes instalações, este trabalho não teria sido possível. Temos muita sorte aqui na Suíça por ter essas instalações de classe mundial. "