Os cientistas da Rice University calculam que o filme de boro com a espessura de um átomo conhecido como borofeno pode ser o primeiro material bidimensional puro naturalmente capaz de emitir luz visível e infravermelha ao ativar seus plasmons. A equipe do Rice testou modelos de três polimorfos e descobriu que o borofeno triangular, à esquerda, era capaz de emitir luz visível, enquanto os outros dois alcançaram infravermelho próximo. Crédito:Sharmila Shirodkar
Um filme de boro com a espessura de um átomo pode ser o primeiro material bidimensional puro capaz de emitir luz visível e infravermelha ao ativar seus plasmons, de acordo com cientistas da Rice University.
Isso tornaria o material conhecido como borofeno um candidato a dispositivos plasmônicos e fotônicos, como sensores de biomolécula, guias de ondas, coletores de luz em nanoescala e nanoantenas.
Plasmons são excitações coletivas de elétrons que fluem através da superfície dos metais quando acionados por uma entrada de energia, como luz laser. Significativamente, fornecer luz a um material plasmônico em uma cor (determinado pela frequência da luz) pode solicitar a emissão de luz em outra cor.
Modelos do físico teórico de Rice Boris Yakobson e seus colegas prevêem que o borofeno seria o primeiro material 2-D conhecido a fazê-lo naturalmente, sem modificação.
As simulações do laboratório são detalhadas em um artigo de Yakobson com os principais autores Yuefei Huang, um estudante de graduação, e Sharmila Shirodkar, um pesquisador de pós-doutorado, no Jornal da American Chemical Society .
O boro é um semicondutor em três dimensões, mas um metal na forma 2-D. Isso levou o laboratório a examinar seu potencial para manipulação plasmônica.
"Isso foi meio que antecipado, mas tivemos que fazer um trabalho cuidadoso para provar e quantificar isso, "disse Yakobson, cujo laboratório muitas vezes prevê materiais possíveis que os experimentalistas mais tarde farão, como borofeno ou buckyball de boro. Com os colegas Evgeni Penev, um professor assistente de pesquisa na Rice, e ex-aluno Zhuhua Zhang, ele publicou recentemente uma extensa revisão do estado da pesquisa do boro.
Da esquerda:Yuefei Huang, Boris Yakobson e Sharmila Shirodkar. Crédito:Jeff Fitlow
No novo estudo, os pesquisadores usaram uma técnica de modelagem computacional chamada teoria do funcional da densidade para testar o comportamento plasmônico em três tipos de borofeno autônomo. A estrutura cristalina básica do material é uma grade de triângulos - pense no grafeno, mas com um átomo extra no meio de cada hexágono.
O laboratório estudou modelos de borofeno simples e dois polimorfos, sólidos que incorporam mais de uma estrutura cristalina que são formados quando alguns desses átomos intermediários são removidos. Seus cálculos mostraram que o borofeno triangular teve as frequências de emissão mais amplas, incluindo luz visível, enquanto os outros dois alcançaram infravermelho próximo.
"Não temos dados experimentais suficientes para determinar quais mecanismos contribuem para as perdas nesses polimorfos, mas antecipamos e incluímos o espalhamento de plasmons contra defeitos e excitação de elétrons e lacunas que levam ao seu amortecimento, "Shirodkar disse.
Os pesquisadores disseram que seus resultados apresentam a possibilidade interessante de manipular dados em comprimentos de onda de subdifração.
"Se você tiver um sinal óptico com comprimento de onda maior do que um circuito eletrônico de alguns nanômetros, há uma incompatibilidade, "disse ela." Agora podemos usar o sinal para excitar plasmons no material que empacota a mesma informação (transportada pela luz) em um espaço muito menor. Isso nos dá uma maneira de comprimir o sinal para que ele possa entrar no circuito eletrônico. "
"Acontece que isso é importante porque, a grosso modo, pode melhorar a resolução em 100 vezes, em alguns casos, "Yakobson disse." A resolução é limitada pelo comprimento de onda. Usando plasmons, você pode armazenar informações ou escrever em um material em uma resolução muito mais alta por causa da redução do comprimento de onda. Isso pode trazer grandes benefícios para o armazenamento de dados. "
Os experimentalistas têm feito borofeno apenas em quantidades muito pequenas até agora e carecem de métodos para transferir o material das superfícies em que é cultivado, Yakobson disse. Ainda, há muito que cientistas teóricos estudam e muito progresso nos laboratórios.
"Deve-se explorar outros polimorfos e procurar o melhor, "Yakobson sugeriu." Aqui, nós não. Nós apenas consideramos três, porque é um trabalho muito pesado - mas outros precisam ser examinados antes de sabermos o que é possível. "
