p A capacidade de absorção de materiais metálicos ou semicondutores, refletir e agir sobre a luz é de importância primordial para os cientistas que desenvolvem optoeletrônica - dispositivos eletrônicos que interagem com a luz para realizar tarefas. Cientistas da Rice University produziram agora um método para determinar as propriedades de materiais com a espessura de um átomo que prometem refinar a modulação e manipulação da luz. p Materiais bidimensionais têm sido um tópico de pesquisa quente desde o grafeno, uma rede plana de átomos de carbono, foi identificada em 2001. Desde então, cientistas correram para desenvolver, seja na teoria ou no laboratório, novos materiais 2-D com uma gama de ótica, propriedades eletrônicas e físicas.

p Até agora, eles carecem de um guia abrangente para as propriedades ópticas que esses materiais oferecem como refletores ultrafinos, transmissores ou absorvedores.

p O teórico do Laboratório de Materiais do Rice, Boris Yakobson, aceitou o desafio. Yakobson e seus co-autores, estudante de pós-graduação e autora principal Sunny Gupta, o pesquisador de pós-doutorado Sharmila Shirodkar e o cientista pesquisador Alex Kutana, usou métodos teóricos de última geração para calcular as propriedades ópticas máximas de 55 materiais 2-D.

p "O importante agora que entendemos o protocolo é que podemos usá-lo para analisar qualquer material 2-D, "Gupta disse." Este é um grande esforço computacional, mas agora é possível avaliar qualquer material em um nível quantitativo mais profundo. "

p Trabalho deles, que aparece este mês no jornal American Chemical Society ACS Nano , detalha a transmissão das monocamadas, absorbância e refletância, propriedades que eles coletivamente apelidaram de TAR. Na nanoescala, a luz pode interagir com os materiais de maneiras únicas, solicitando interações elétron-fóton ou ativando plasmons que absorvem luz em uma frequência e a emitem em outra.

p A manipulação de materiais 2-D permite que os pesquisadores projetem dispositivos cada vez menores, como sensores ou circuitos acionados por luz. Mas, primeiro, ajuda saber o quão sensível um material é a um determinado comprimento de onda de luz, do infravermelho às cores visíveis ao ultravioleta.

p "Geralmente, o senso comum é que os materiais 2-D são tão finos que deveriam parecer essencialmente transparentes, com reflexão e absorção insignificantes, "Yakobson disse." Surpreendentemente, descobrimos que cada material tem uma assinatura ótica expressiva, com uma grande porção de luz de uma determinada cor (comprimento de onda) sendo absorvida ou refletida. "

p Os co-autores antecipam que os dispositivos de fotodetecção e modulação e os filtros de polarização são possíveis aplicações para materiais 2-D que possuem propriedades ópticas direcionalmente dependentes. "Os revestimentos multicamadas podem fornecer boa proteção contra radiação ou luz, como de lasers, "Shirodkar disse." No último caso, filmes heteroestruturados (multicamadas) - revestimentos de materiais complementares - podem ser necessários. Intensidades maiores de luz podem produzir efeitos não lineares, e contabilizá-los certamente exigirá mais pesquisas. "

p Os pesquisadores modelaram pilhas 2-D, bem como camadas individuais. "As pilhas podem ampliar a faixa espectral ou trazer novas funcionalidades, como polarizadores, "Kutana disse." Podemos pensar em usar padrões de heteroestrutura empilhados para armazenar informações ou mesmo para criptografia. "

p Entre seus resultados, os pesquisadores verificaram que as pilhas de grafeno e borofeno são altamente refletivas da luz infravermelha média. Sua descoberta mais surpreendente foi que um material feito de mais de 100 camadas de um átomo de boro - que ainda teria apenas cerca de 40 nanômetros de espessura - refletiria mais de 99 por cento da luz do infravermelho ao ultravioleta, superando o grafeno dopado e a prata em massa.

p Há um benefício colateral que se encaixa com a sensibilidade artística de Yakobson também. "Agora que sabemos as propriedades ópticas de todos esses materiais - as cores que eles refletem e transmitem quando atingidos pela luz - podemos pensar em fazer vitrais no estilo Tiffany em nanoescala, "ele disse." Isso seria fantástico! "