p Físicos do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou (MIPT) descobriram que o grafeno pode ser o material ideal para a fabricação de dispositivos plasmônicos capazes de detectar materiais explosivos, químicos tóxicos, e outros compostos orgânicos baseados em uma única molécula, de acordo com um artigo publicado em Revisão Física B . p Plasmons na construção de componentes eletrônicos e ópticos de alta precisão

p Os cientistas há muito são fascinados pelas aplicações potenciais de uma quasipartícula chamada plasmon, um quantum de oscilações de plasma. No caso de um corpo sólido, plasmons são as oscilações de elétrons livres. De especial interesse são os efeitos decorrentes das interações de superfície de ondas eletromagnéticas com plasmons - geralmente no contexto de metais ou semimetais, pois eles têm uma densidade de elétrons livres mais alta. O aproveitamento desses efeitos pode trazer um grande avanço em componentes eletrônicos e ópticos de alta precisão. Uma possibilidade aberta pelos efeitos plasmônicos é a focalização de luz em comprimento de onda, o que aumenta a sensibilidade dos dispositivos plasmônicos a um ponto em que eles podem distinguir uma única molécula. Essas medições estão além do que qualquer dispositivo óptico convencional (clássico) pode alcançar. Infelizmente, plasmons em metais tendem a perder energia rapidamente devido à resistência, e por esta razão eles não são auto-sustentáveis, ou seja, eles precisam de excitação contínua. Os cientistas estão tentando resolver esse problema usando materiais compostos com microestrutura predefinida, incluindo grafeno.

p O grafeno é um alótropo de carbono na forma de um cristal bidimensional. Ele pode ser visualizado como uma estrutura em favo de mel com a espessura de um átomo feita de átomos de carbono. Dois graduados do MIPT, Andre Geim e Konstantin Novoselov, foram os primeiros a isolar o grafeno, que lhes rendeu um Prêmio Nobel de Física. O grafeno é um semicondutor com mobilidade de portadora de carga extremamente alta. Sua condutividade elétrica também é excepcionalmente alta, o que torna possível os transistores baseados em grafeno.

p Os físicos teóricos dão o ok

p Embora os dispositivos plasmônicos sejam uma perspectiva empolgante, para tirar vantagem deles, é necessário primeiro descobrir se eles são viáveis. Para fazer isso, os cientistas tiveram que encontrar uma solução numérica para as equações mecânicas quânticas relevantes. Isso foi realizado por uma equipe de pesquisadores do Laboratório de Espectroscopia Nanoestruturada chefiada pelo Prof. Yurii Lozovik; eles formularam e resolveram a equação necessária. Sua pesquisa os levou a desenvolver um modelo quântico que prevê o comportamento plasmônico do grafeno. Como resultado, os cientistas descreveram a operação de um diodo emissor de plasmon de superfície (SPED) e a contrapartida nanoplasmônica do laser - conhecido como spaser - cuja construção envolve uma camada de grafeno.

p Um spaser pode ser descrito como um dispositivo semelhante a um laser e operando com o mesmo princípio básico. Contudo, para produzir radiação, depende de transições ópticas no meio de ganho, e as partículas emitidas são plasmons de superfície, em oposição aos fótons produzidos por um laser. Um SPED é diferente de um spaser por ser uma fonte incoerente de plasmons de superfície. Também requer uma potência de bomba consideravelmente menor. Ambos os dispositivos operariam dentro da região infravermelha do espectro, que é útil para estudar moléculas biológicas.

p "O spaser de grafeno pode ser usado para projetar dispositivos compactos de medição espectral capazes de detectar até mesmo uma única molécula de uma substância, que é essencial para muitas aplicações potenciais. Esses sensores podem detectar moléculas orgânicas com base em suas transições vibracionais características ('impressões digitais'), à medida que a luz emitida / absorvida cai na região do infravermelho médio, que é exatamente onde o spaser baseado em grafeno opera, "diz Alexander Dorofeenko, um dos autores do estudo.