p Wavelike, oscilações coletivas de elétrons conhecidas como "plasmons" são muito importantes para determinar as propriedades ópticas e eletrônicas dos metais. p Em materiais 2-D atomicamente finos, plasmons têm uma energia que é mais útil para aplicações, incluindo sensores e dispositivos de comunicação, do que plasmons encontrados em metais a granel. Mas determinar por quanto tempo os plasmons vivem e se sua energia e outras propriedades podem ser controladas em nanoescala (bilionésimos de metro) tem iludido muitos.

p Agora, conforme relatado no jornal Nature Communications , uma equipe de pesquisadores co-liderada pelo Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab) - com o apoio do Centro de Estudos Computacionais de Fenômenos de Estado Excitado em Materiais Energéticos (C2SEPEM) do Departamento de Energia - observou plasmons de longa vida em uma nova classe de dichalcogeneto de metal de transição condutor (TMD), chamada de "cristais quase 2-D".

p Para entender como os plasmons operam em cristais quase 2-D, os pesquisadores caracterizaram as propriedades dos elétrons não condutores e também dos elétrons condutores em uma monocamada de dissulfeto de tântalo TMD. Estudos anteriores analisaram apenas os elétrons condutores. "Descobrimos que era muito importante incluir cuidadosamente todas as interações entre os dois tipos de elétrons, "disse o diretor do C2SEPEM, Steven Louie, quem conduziu o estudo. Louie também possui títulos de cientista sênior na Divisão de Ciências de Materiais do Berkeley Lab e professor de física na UC Berkeley.

p Os pesquisadores desenvolveram novos algoritmos sofisticados para calcular as propriedades eletrônicas do material, incluindo oscilações de plasmon com comprimentos de onda longos, "como este era um gargalo com as abordagens computacionais anteriores, "disse o autor principal Felipe da Jornada, que era um pesquisador de pós-doutorado na Divisão de Ciências de Materiais do Laboratório de Berkeley na época do estudo. Jornada é atualmente professora assistente em ciência de materiais e engenharia na Universidade de Stanford.

p Para surpresa dos pesquisadores, os resultados dos cálculos realizados pelo supercomputador Cori no Centro de Computação Científica de Pesquisa Energética (NERSC) do Laboratório Nacional de Berkeley revelaram que os plasmons em TMDs quase 2-D são muito mais estáveis ​​- por até aproximadamente 2 picossegundos, ou 2 trilionésimos de segundo - do que se pensava anteriormente.

p Suas descobertas também sugerem que os plasmons gerados por quase 2-D TMDs podem aumentar a intensidade da luz em mais de 10 milhões de vezes, abrindo a porta para a química renovável (reações químicas desencadeadas pela luz), ou a engenharia de materiais eletrônicos que podem ser controlados pela luz.

p Em estudos futuros, os pesquisadores planejam investigar como aproveitar os elétrons altamente energéticos liberados por tais plasmons após o decaimento, e se eles podem ser usados ​​para catalisar reações químicas.