p Cientistas do Center for Functional Nanomaterials (CFN) - um Departamento de Energia dos EUA (DOE) Office of Science User Facility no Brookhaven National Laboratory - melhoraram drasticamente a resposta do grafeno à luz por meio de nanoestruturas semelhantes a fios de automontagem que conduzem eletricidade. A melhoria pode abrir caminho para o desenvolvimento de detectores à base de grafeno que podem detectar rapidamente a luz em níveis muito baixos, como os encontrados em imagens médicas, detecção de radiação, e aplicações de vigilância. p O grafeno é um nanomaterial bidimensional (2-D) com mecânica incomum e útil, óptico, e propriedades eletrônicas. É extremamente fino e incrivelmente forte, detecta luz de quase qualquer cor, e conduz bem o calor e a eletricidade. Contudo, porque o grafeno é feito de folhas de carbono com apenas um átomo de espessura, ele só pode absorver uma quantidade muito pequena de luz que entra (cerca de dois por cento).

p Uma abordagem para superar esse problema é combinar o grafeno com materiais fortes de absorção de luz, como compostos orgânicos que conduzem eletricidade. Cientistas demonstraram recentemente uma fotorresposta melhorada ao colocar películas finas (algumas dezenas de nanômetros) de um tal polímero condutor, poli (3-hexiltiofeno), ou P3HT, em cima de uma única camada de grafeno.

p Agora, os cientistas do CFN melhoraram a fotorresposta em 600 por cento adicionais, alterando a morfologia (estrutura) do polímero. Em vez de filmes finos, eles usaram uma malha de nanofios - nanoestruturas que são muitas vezes mais longas do que largas - feitas do mesmo polímero e espessura semelhante. A pesquisa é descrita em artigo publicado online em 12 de outubro em ACS Photonics , um jornal da American Chemical Society (ACS).

p "Usamos a automontagem, um método muito simples e reproduzível, para criar a malha de nanofios, "disse o primeiro autor Mingxing Li, pesquisador associado do CFN Soft and Bio Nanomaterials Group. "Colocado em uma solução apropriada e agitado durante a noite, o polímero se formará em nanoestruturas semelhantes a fios por conta própria. Em seguida, fundimos os nanofios resultantes em dispositivos elétricos chamados transistores de efeito de campo de grafeno (FETs). "

p Os cientistas fabricaram FETs feitos apenas de grafeno, filmes finos de grafeno e P3HT, e nanofios de grafeno e P3HT. Depois de verificar a espessura e a estrutura cristalina dos dispositivos FET por meio de microscopia de força atômica, Espectroscopia Raman, e técnicas de espalhamento de raios-X, eles mediram suas propriedades elétricas induzidas pela luz (fotorresposta). Suas medições da corrente elétrica fluindo através dos FETs sob vários poderes de iluminação de luz revelaram que os FETs de nanofios melhoram a fotorresposta em 600 por cento em comparação com os FETs de filme fino e 3.000 por cento em comparação com FETs apenas de grafeno.

p "Não esperávamos ver uma melhora tão dramática apenas mudando a morfologia do polímero, "disse o co-autor correspondente Mircea Cotlet, um cientista de materiais no CFN Soft and Bio Nanomaterials Group.

p Os cientistas acreditam que há duas explicações para suas observações.

p "A uma certa concentração de polímero, os nanofios têm dimensões comparáveis ​​ao comprimento de onda da luz, "disse Li." Essa semelhança de tamanho tem o efeito de aumentar a dispersão e a absorção da luz. Além disso, a cristalização de moléculas P3HT dentro dos nanofios fornece mais portadores de carga para transferir eletricidade para a camada de grafeno. "

p "Em contraste com os filmes finos convencionais, onde as cadeias de polímero e os cristais são orientados aleatoriamente, a dimensão em nanoescala dos fios força as cadeias de polímero e cristais em uma orientação específica, melhorando a absorção de luz e a transferência de carga, "disse o co-autor Dmytro Nykyphanchuck, um cientista de materiais no CFN Soft and Bio Nanomaterials Group.

p Os cientistas entraram com um pedido de patente nos EUA para seu processo de fabricação, e eles estão entusiasmados para explorar as interações de matéria-luz em outros materiais 2-D - bem como 0-D e 1-D.

p "Plasmônicos e nanofotônicos - o estudo da luz em escala nanométrica - são áreas de pesquisa emergentes, "disse Cotlet, que, no início deste ano, co-organizou um workshop para comunidades de usuários do CFN e da National Synchrotron Light Source II (NSLS-II) - outro DOE Office of Science User Facility em Brookhaven - para explorar as fronteiras nessas áreas. "As nanoestruturas podem manipular e controlar a luz em nanoescala de maneiras muito interessantes. As ferramentas avançadas de nanofabricação e nanocaracterização do CFN e NSLS-II são perfeitamente adequadas para criar e estudar materiais com propriedades optoeletrônicas aprimoradas."