p Pesquisadores da Universidade de Arkansas estudaram as características ópticas de um tipo especial de material feito de uma única camada de átomos de fósforo para o benefício de detectar e interagir com a luz infravermelha, que é invisível não apenas ao olho humano, mas a muitos outros materiais propostos para uso em sistemas optoeletrônicos. p Esses sistemas se esforçam para utilizar a luz junto com os elétrons para acelerar o processamento e reduzir o aquecimento e outros desperdícios de energia em nossa infinidade cada vez maior de dispositivos computacionais.

p O grupo de pesquisadores do Departamento de Física publicou suas descobertas em uma edição recente da Relatórios Científicos , um jornal dos editores da Nature, ajudando a avançar a compreensão do fósforo negro como um material opticamente útil. O doutorando em física Desalegn Debu foi o primeiro autor deste trabalho teórico e computacional intitulado Tuning Infrared Plasmon Resonance of Black Phosphorene Nanoribbon with a Dielectric Interface. Outros autores incluem Stephen Bauman e David French, Alunos de pós-graduação da Universidade de Arkansas; e Hugh Churchill e Joseph Herzog, professores assistentes do Departamento de Física.

p Semelhante a um respingo de cascalho fazendo com que as ondas se movam pela superfície de uma lagoa, a luz brilhando sobre um material plasmônico faz com que os elétrons se movam para frente e para trás na superfície. Esta onda de elétrons, conhecido como plasmon, pode ser afinado como um instrumento musical para oscilar mais fortemente para certas frequências (cores) de luz, tornando-os úteis para aplicações que abrangem grande parte do espectro de sinais visíveis e invisíveis. O ajuste é a chave para o uso de materiais plasmônicos para aplicações específicas, assim como afinar um instrumento musical é fundamental para criar a nota desejada.

p Materiais bidimensionais, como grafeno, uma folha de carbono com espessura de um átomo, experimentaram muito entusiasmo no mundo científico na última década. Eles oferecem o potencial de reduzir o tamanho de vários componentes optoeletrônicos até a espessura de átomos individuais, bem como tirar vantagem de propriedades físicas exclusivas. Embora o grafeno tenha sido o "garoto-propaganda" dos materiais 2-D e ainda possa ser uma promessa para eletrônicos aprimorados, resistência do material, ou tecnologia baseada em luz, não é perfeito. O grafeno não tem o que é chamado de bandgap, uma propriedade definidora de semicondutores. Esta limitação do grafeno está sendo contornada olhando para outros materiais que oferecem estrutura superior, elétrico, térmico, ou propriedades ópticas. Fósforo preto, que tem uma estrutura ondulada de átomos de fósforo com duas direções cristalinas diferentes, oferece benefícios exclusivos em relação a outras opções previamente estudadas.

p O estudo realizado por Debu e seus colegas investiga os efeitos teóricos da alteração das propriedades do material na área ao redor de uma folha de fósforo preta. Os resultados demonstram que o comprimento de onda da luz absorvida pelo material pode ser ajustado mudando o material circundante. O estudo também avançou na compreensão da natureza plasmônica desse material quando ele é padronizado em fitas em nanoescala com larguras diferentes. Combinando os parâmetros de ajuste da largura da nanofita e da mídia circundante, o fósforo preto pode se tornar um material muito útil para aplicações que envolvem luz infravermelha. Um benefício adicional do fósforo preto é que suas duas direções cristalinas diferentes permitem que a luz interaja de maneira diferente com os elétrons na superfície, dependendo da orientação das ondas de luz usadas na aplicação.