p Pesquisadores do Centro de Fotônica e Materiais 2-D do MIPT sintetizaram um filme de ouro quase 2-D, revelando como materiais não normalmente classificados como bidimensionais podem formar camadas atomicamente finas. Publicado em Interfaces de materiais avançados , o estudo mostra que, ao usar dissulfeto de molibdênio em monocamada como uma camada de adesão, ouro quase 2-D pode ser depositado em uma superfície arbitrária. A equipe diz que os filmes de ouro ultrafinos resultantes, que têm apenas vários nanômetros de espessura, conduzem eletricidade muito bem e são úteis para eletrônicos flexíveis e transparentes. A descoberta pode contribuir para uma nova classe de metamateriais ópticos com o potencial único de controlar a luz. p O primeiro material 2-D descoberto, o grafeno é uma folha de átomos de carbono com a espessura de um átomo em uma formação de favo de mel. Sua síntese e o estudo de suas propriedades estimulantes deram origem a um campo inteiramente novo da ciência e da tecnologia. Os experimentos inovadores com relação ao grafeno renderam aos graduados do MIPT Andre Geim e Kostya Novoselov o Prêmio Nobel de Física de 2010.

p Desde então, mais de 100 primos grafenos foram descobertos. Suas propriedades intrigantes tinham aplicações na biomedicina, eletrônica e indústria aeroespacial. Esses materiais pertencem à classe dos cristais em camadas cujas camadas são fracamente ligadas umas às outras, mas têm forte integridade interna. Por exemplo, o grafite em um lápis é essencialmente muitas camadas empilhadas de grafeno unidas tão fracamente que Geim e Novoselov usaram fita adesiva para removê-las.

p Contudo, muitos materiais, como ouro, prata, e cobre, não tem uma estrutura em camadas. Ainda, eles poderiam teoricamente formar camadas 2-D, o que seria indispensável para uma eletrônica flexível e transparente. Entre as aplicações possíveis estão até eletrodos ultrafinos que possibilitariam interfaces neurais com potencial para resolver problemas médicos, e eventualmente integrar o sistema nervoso de um ser vivo com dispositivos eletrônicos.

p Até recentemente, a única tecnologia para depositar filmes de metal em superfícies arbitrárias produzia camadas que não eram finas o suficiente. Envolve a evaporação térmica de uma amostra de metal 3-D em alto vácuo. As partículas de metal evaporadas, então, aderem a um substrato à base de silício, formando ilhas nanométricas, que crescem gradualmente, eventualmente fechando as lacunas entre eles. Esse processo produz filmes relativamente homogêneos apenas quando eles atingem a espessura de 20 nanômetros. Os engenheiros exigem filmes transparentes, o que significa que eles precisam ser mais de duas vezes mais finos. Parar a deposição mais cedo também não é uma opção, porque os filmes ainda têm muitas lacunas e não homogeneidades (veja a imagem inferior direita na figura 2), prejudicando sua condutividade elétrica. De forma similar, uma malha de metal é um condutor pior em comparação com uma folha de metal.

p Os pesquisadores do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou começaram com a hipótese de que metais 2-D poderiam ser depositados em outros materiais 2-D. O grafeno foi o primeiro candidato, mas o ouro exibia pouca umidade. Como resultado, o ouro foi depositado em forma de pilares. Esse modo de crescimento vertical tornou problemático o fechamento das lacunas do filme. Embora a deposição de ouro no grafeno seja interessante para outras aplicações, como a espectroscopia Raman de superfície aprimorada, os filmes abaixo de 10 nanômetros obtidos desta forma não conduzem eletricidade.

p A equipe passou a investigar o crescimento do filme metálico em dichalcogenetos de metais de transição 2-D. Especificamente, dissulfeto de molibdênio foi usado, porque os compostos de enxofre são conhecidos por estarem entre os poucos que formam ligações estáveis ​​com o ouro.

p “Já temos essa ideia há algum tempo. No entanto, muitas das tecnologias para trabalhar com materiais 2-D ainda estão em desenvolvimento. Nem todos eles estão amplamente disponíveis, "explicou Yury Stebunov, um dos principais autores do artigo. "Este estudo exigiu recursos substanciais, tanto humana quanto material. É garantindo uma bolsa no programa presidencial que poderíamos colocar nossas idéias em prática. "

p Os pesquisadores do MIPT usaram a evaporação térmica em alto vácuo para depositar filmes finos de ouro em um substrato de silício coberto com dióxido de silício e uma monocamada de dissulfeto de molibdênio (figura 1). A equipe empregou microscopia eletrônica e de força atômica para comparar a estrutura desses filmes de ouro em várias espessuras com filmes análogos crescidos em dióxido de silício puro - isto é, sem a monocamada de dissulfeto de molibdênio (figura 2). A interface de material 2-D adicionada resultou em filmes de ouro contínuos com condutividade elétrica superior em uma espessura menor de apenas 3-4 nanômetros.

p Uma vez que os dispositivos fotônicos e optoeletrônicos são uma aplicação chave de tais filmes de metal quase 2-D, os físicos estudaram as propriedades ópticas de suas amostras por meio de elipsometria espectral, relatando pela primeira vez as constantes ópticas para filmes de ouro ultrafinos.

p O autor sênior do artigo, professor Valentyn Volkov da University of Southern Denmark, que também chefia o Laboratório de Nanoóptica e Plasmônica do MIPT, comentou:"Qualquer pesquisador pode usar nossos dados para modelar dispositivos fotônicos ou optoeletrônicos ou mesmo os materiais artificiais conhecidos como metamateriais. Eventualmente, a tecnologia que propomos pode ajudar a projetar tais materiais e dispositivos. "

p Uma única camada adicionada de dissulfeto de molibdênio permitiu filmes de metal lisos e extremamente finos. A equipe enfatiza a aplicabilidade universal de sua técnica:A monocamada pode ser depositada em uma superfície arbitrária com quaisquer propriedades para produzir um ultrafino, revestimento de filme metálico ultra-liso. Essas camadas de metal quase 2-D podem ser integradas em estruturas "sanduíche" de multicamadas que incorporam vários materiais 2-D. Conhecidas como heteroestruturas de van der Waals, eles podem apresentar diversos "ingredientes, "incluindo semicondutores, dielétricos, semimetais, e - de agora em diante - metais, também.

p Um co-autor do estudo, Aleksey Arsenin, que dirige o Centro de Fotônica e Materiais 2-D no MIPT, acrescentou:"Esperamos que este seja apenas o começo da ciência do metal quase 2-D. Um tempo atrás, esses materiais eram inacessíveis até mesmo para os cientistas. Com nossa tecnologia, podemos falar sobre as perspectivas que eles têm de eletrônicos flexíveis e transparentes. Esperançosamente, logo veremos em produção. "