p Na década passada, bidimensional, 2-D, os materiais atraíram o fascínio de um número cada vez maior de cientistas. Esses materiais, cuja característica definidora é ter uma espessura de apenas um a muito poucos átomos, pode ser feito de uma variedade de diferentes elementos ou combinações dos mesmos. O encantamento dos cientistas com materiais 2-D começou com a experiência ganhadora do Prêmio Nobel de Andre Geim e Konstantin Novoselov:criar um material 2-D usando um pedaço de grafite e fita adesiva comum. Este experimento engenhosamente simples produziu um material incrível:o grafeno. Este material ultraleve é ​​cerca de 200 vezes mais forte que o aço e é um excelente condutor. Uma vez que os cientistas descobriram que o grafeno tinha propriedades mais impressionantes do que seu componente principal de grafite, eles decidiram investigar outros materiais 2-D para ver se isso era uma propriedade universal. p Christopher Petoukhoff, um estudante de pós-graduação da Rutgers University trabalhando na Unidade de Espectroscopia de Femtosegundo no Instituto de Ciência e Tecnologia da Universidade de Graduação (OIST) de Okinawa, estuda um material 2-D, feito de dissulfeto de molibdênio (MoS2). Sua pesquisa se concentra nas aplicações optoeletrônicas do material 2-D, ou como o material pode detectar e absorver luz. A optoeletrônica é onipresente no mundo de hoje, dos fotodetectores em portas automáticas e secadores de mãos, para células solares, para luzes LED, mas como qualquer pessoa que ficou em frente a uma pia automática acenando desesperadamente com as mãos para fazê-la funcionar irá lhe dizer, há muito espaço para melhorias. O MoS2 2-D é particularmente interessante para uso em fotodetectores devido à sua capacidade de absorver a mesma quantidade de luz de 50 nm das tecnologias baseadas em silício usadas atualmente, sendo 70 vezes mais fino.

p Petoukhoff, sob a supervisão do Professor Keshav Dani, busca melhorar os dispositivos optoeletrônicos adicionando uma camada 2-D de MoS2 a um semicondutor orgânico, que tem forças de absorção semelhantes ao MoS2. A teoria por trás do uso de ambos os materiais é que a interação entre a camada MoS2 e o semicondutor orgânico deve levar a uma transferência de carga eficiente. A pesquisa de Petoukhoff, publicado em ACS Nano , demonstra pela primeira vez que a transferência de carga entre essas duas camadas ocorre em uma escala de tempo ultrarrápida, na ordem de menos de 100 femtossegundos, ou um décimo de um milionésimo de um milionésimo de um segundo.

p A finura desses materiais, Contudo, torna-se um fator limitante em sua eficiência como energia fotovoltaica, ou dispositivos de conversão de energia luminosa. Dispositivos de absorção de luz, como células solares e fotodetectores, requerem uma certa quantidade de espessura óptica para absorver os fótons, em vez de permitir que eles passem. Para superar isso, pesquisadores da Unidade de Espectroscopia de Femtosegundo adicionaram uma série de nanopartículas de prata, ou uma metassuperfície plasmônica, ao híbrido semicondutor orgânico-MoS2 para focar e localizar a luz no dispositivo. A adição da metassuperfície aumenta a espessura ótica do material enquanto capitaliza as propriedades únicas da camada ativa ultrafina, o que acaba aumentando a absorção total.

p Embora esta pesquisa ainda esteja em sua infância, suas implicações para o futuro são enormes. Combinações com materiais 2-D têm o potencial de revolucionar a comercialização de dispositivos optoeletrônicos. Dispositivos optoeletrônicos convencionais são caros de fabricar e muitas vezes são feitos de elementos escassos ou tóxicos, como índio ou arsênico. Semicondutores orgânicos têm baixos custos de fabricação, e são feitos de elementos abundantes em terra e não tóxicos. Esta pesquisa pode potencialmente melhorar o custo e a eficiência da optoeletrônica, levando a melhores produtos no futuro.