p Em 2010, o Prêmio Nobel de Física foi para os descobridores do grafeno. Uma única camada de átomos de carbono, o grafeno possui propriedades que são ideais para uma série de aplicações. Entre os pesquisadores, o grafeno tem sido o material mais quente em uma década. Só em 2017, mais de 30, 000 artigos de pesquisa sobre grafeno foram publicados em todo o mundo. p Agora, dois pesquisadores da Universidade de Kansas, Professor Hui Zhao e o estudante de graduação Samuel Lane, ambos do Departamento de Física e Astronomia, conectaram uma camada de grafeno com duas outras camadas atômicas (disseleneto de molibdênio e dissulfeto de tungstênio), estendendo assim a vida útil dos elétrons excitados no grafeno por várias centenas de vezes. A descoberta será publicada na Nano Futures, um jornal recém-lançado e altamente seletivo.

p O trabalho na KU pode acelerar o desenvolvimento de células solares ultrafinas e flexíveis com alta eficiência.

p Para aplicações eletrônicas e optoeletrônicas, o grafeno tem excelente propriedade de transporte de carga. De acordo com os pesquisadores, os elétrons se movem no grafeno a uma velocidade de 1/30 da velocidade da luz - muito mais rápido do que outros materiais. Isso pode sugerir que o grafeno pode ser usado para células solares, que convertem a energia da luz solar em eletricidade. Mas o grafeno tem uma grande desvantagem que dificulta tais aplicações - sua vida ultracurta de elétrons excitados (isto é, o tempo que um elétron permanece móvel) de apenas cerca de um picossegundo (um milionésimo de um milionésimo de um segundo, ou 10 ^-12 segundo).

p "Esses elétrons excitados são como alunos que se levantam de seus assentos - depois de uma bebida energética, por exemplo, que ativa os alunos como a luz solar ativa os elétrons, "Zhao disse." Os alunos energizados se movem livremente na sala de aula - como uma corrente elétrica humana. "

p O pesquisador KU disse que um dos maiores desafios para alcançar alta eficiência em células solares com grafeno como material de trabalho é que os elétrons liberados - ou, os alunos em pé - têm uma forte tendência de perder sua energia e ficarem imóveis, como alunos sentados de volta.

p "O número de elétrons, ou alunos de nosso exemplo, quem pode contribuir para a corrente é determinado pelo tempo médio que eles podem permanecer móveis depois de serem liberados pela luz, "Zhao disse." No grafeno, um elétron permanece livre por apenas um picossegundo. É muito curto para acumular um grande número de elétrons móveis. Esta é uma propriedade intrínseca do grafeno e tem sido um grande fator limitante para a aplicação deste material em dispositivos fotovoltaicos ou fotossensores. Em outras palavras, embora os elétrons no grafeno possam se tornar móveis por excitação de luz e possam se mover rapidamente, eles permanecem móveis por um período muito curto de tempo para contribuir com a eletricidade. "

p Em seu novo jornal, Zhao e Lane relatam que esse problema poderia ser resolvido usando os chamados materiais de van der Waals. O princípio de sua abordagem é bastante simples de entender.

p "Basicamente, tiramos as cadeiras dos alunos em pé, para que eles não tivessem onde se sentar, "Zhao disse." Isso força os elétrons a permanecerem móveis por um tempo que é várias centenas de vezes mais longo do que antes. "

p Para atingir esse objetivo, trabalhando no Ultrafast Laser Lab da KU, eles projetaram um material de três camadas, colocando camadas únicas de MoSe ₂ , WS ₂ e grafeno um em cima do outro.

p “Podemos pensar no MoSe ₂ e camadas de grafeno como duas salas de aula cheias de alunos todos sentados, enquanto o WS do meio ₂ camada atua como um corredor que separa as duas salas, "Zhao disse." Quando a luz atinge a amostra, alguns dos elétrons em MoSe2 são liberados. Eles têm permissão para atravessar o corredor da camada WS2 para entrar na outra sala, que é o grafeno. Contudo, o corredor é cuidadosamente projetado para que os elétrons tenham que deixar seus lugares no MoSe ₂ . Uma vez no grafeno, eles não têm escolha a não ser permanecer móveis e, portanto, contribuir para as correntes elétricas, porque seus assentos não estão mais disponíveis para eles. "

p Para demonstrar que a ideia funciona, os pesquisadores KU usaram um pulso de laser ultracurto (0,1 picossegundo) para liberar alguns dos elétrons no MoSe ₂ . Ao usar outro pulso de laser ultracurto, eles foram capazes de monitorar esses elétrons à medida que se movem para o grafeno. Eles descobriram que esses elétrons se movem pelo "corredor" em cerca de 0,5 picossegundo, em média. Eles então permanecem móveis por cerca de 400 picossegundos - uma melhoria de 400 vezes do que uma única camada de grafeno, que eles também mediram no mesmo estudo.

p Os pesquisadores também confirmam "lugares" deixados no MoSe ₂ também permanecer desocupado pelo mesmo período de tempo. No mundo clássico, esses assentos devem ficar vazios para sempre. Na mecânica quântica, Contudo, os elétrons "túneis" de volta a essas poltronas. Os pesquisadores propõem que este processo determina o tempo de vida dos elétrons móveis. Então, escolhendo diferentes camadas de "corredor", este tempo pode ser controlado para várias aplicações.