Uma equipe de pesquisadores liderada pelo professor da ETH Zurich David Norris desenvolveu um modelo para esclarecer o mecanismo geral de formação de nanoplacas. Usando pirita, eles também conseguiram confirmar sua teoria.

Os cientistas têm pesquisado pontos quânticos coloridos luminosos (QDs) desde a década de 1980. Esses nanocristais agora fazem parte de nossa vida cotidiana:a indústria eletrônica os usa em televisores LCD para aprimorar a reprodução de cores e a qualidade da imagem.

Os pontos quânticos são nanocristais esféricos feitos de um material semicondutor. Quando esses cristais são excitados pela luz, eles brilham em verde ou vermelho - dependendo de seu tamanho, que é normalmente entre 2 e 10 nanômetros. As formas esféricas podem ser produzidas de maneira altamente controlada.

Cristais retangulares ultrafinos

Alguns anos atrás, um novo tipo de nanocristal chamou a atenção dos pesquisadores mais ou menos por acaso:as nanoplacas. Como pontos quânticos, essas estruturas bidimensionais têm apenas alguns nanômetros de tamanho, mas tem um plano mais uniforme, forma retangular. Eles são extremamente finos, muitas vezes apenas a largura de algumas camadas atômicas, dando às plaquetas uma de suas propriedades mais marcantes - sua cor extremamente pura.

Até agora, o mecanismo que explica como essas plaquetas se formam era um mistério. Em colaboração com um pesquisador sediado nos Estados Unidos, O professor da ETH David Norris e sua equipe resolveram este mistério:"Agora sabemos que não há mágica envolvida na produção de nanoplacas, ciência justa ", frisou o professor de Engenharia de Materiais.

Em um estudo publicado recentemente na revista científica Materiais da Natureza , os pesquisadores mostram como as nanoplacas de seleneto de cádmio assumem sua forma plana particular.

Crescimento sem modelo

Os pesquisadores já haviam assumido que essa forma altamente precisa exigia um tipo de modelo. Os cientistas suspeitaram que uma mistura de compostos especiais e solventes produziu um modelo no qual esses nanocristais planos se formaram.

Contudo, Norris e seus colegas não encontraram evidências de que tais modelos de forma tivessem alguma função. Pelo contrário, eles descobriram que as plaquetas podem crescer através da simples fusão das substâncias brutas carboxilato de cádmio e selênio, sem qualquer tipo de solvente.

Modelo teórico de crescimento elaborado

A equipe então pegou esse conhecimento e desenvolveu um modelo teórico para simular o crescimento das plaquetas. Graças a este modelo, os cientistas mostram que um núcleo cristalizado ocorre espontaneamente com apenas alguns átomos de cádmio e selênio. Este núcleo cristalizado pode se dissolver novamente e se reconfigurar de uma forma diferente. Contudo, uma vez que excedeu um tamanho crítico, ele cresce para formar uma plaqueta.

Por razões relacionadas à energia, o cristal plano cresce apenas em seu lado estreito, até 1, 000 vezes mais rápido do que em seu lado plano. O crescimento no lado plano é significativamente mais lento porque envolveria mais átomos mal ligados na superfície, exigindo energia para estabilizá-los.

Modelo verificado experimentalmente

Em última análise, os pesquisadores também conseguiram confirmar seu modelo experimentalmente, criando nanoplacas de pirita (FeS2) no laboratório. Eles produziram as plaquetas exatamente de acordo com a previsão do modelo usando íons de ferro e enxofre como substâncias básicas.

"É muito interessante que fomos capazes de produzir esses cristais pela primeira vez com pirita, "diz Norris." Isso nos mostrou que podemos expandir nossa pesquisa para outros materiais. "O seleneto de cádmio é o material semicondutor mais comum usado na pesquisa de nanocristais; no entanto, é altamente tóxico e, portanto, inadequado para o uso diário. O objetivo dos pesquisadores é produzir nanoplacas feitas de substâncias menos tóxicas ou não tóxicas.

Dando luz verde ao desenvolvimento

Atualmente, Norris pode apenas especular sobre o futuro potencial das nanoplacas. Ele diz que eles podem ser uma alternativa interessante aos pontos quânticos, pois oferecem várias vantagens; por exemplo, eles podem gerar cores como o verde melhor e com mais brilho. Eles também transmitem energia de forma mais eficiente, o que os torna ideais para uso em células solares, e também seriam adequados para lasers.

Contudo, eles também têm várias desvantagens. Pontos quânticos, por exemplo, permitem uma cor infinitamente variável através da formação de cristais de tamanhos variados. Não é assim no caso das plaquetas:devido à estratificação das camadas atômicas, a cor só pode ser alterada incrementalmente. Felizmente, esta limitação pode ser mitigada com certos "truques":pelo encapsulamento das plaquetas em outro semicondutor, o comprimento de onda da luz emitida pode ser ajustado com mais precisão.

Só o tempo dirá se essa descoberta atrairá o interesse da indústria de displays. Algumas empresas atualmente usam tecnologia de LED orgânico (OLED), enquanto outros usam pontos quânticos. Não está claro como a tecnologia evoluirá. Contudo, a capacidade de investigar uma ampla variedade de materiais nanoplaquetas devido a este trabalho pode fornecer a abordagem nanocristal de semicondutor com uma nova vantagem.