Vice-reitoria para Assuntos Acadêmicos

Estudo do professor Victor Carozo, do Departamento de Física, foi publicado na revista Science Advances, lançamento recente da revista científica Science. Durante dois anos, Carozo, junto a outros 12 coautores da Universidade do Estado da Pensilvânia (EUA) – onde o professor realizou seu pós-doutorado – trabalhou no desenvolvimento de técnicas mais eficientes para medir a qualidade estrutural de materiais atomicamente finos, denominados calcogenetos. A pesquisa, que originou o artigo publicado – Optical identification of Sulfur vacancies: Bound excitons at the edges of monolayer tungsten disulfide / Identificação Óptica de Vacâncias de Enxofre: Excitons Ligados Nas Bordas do Dissulfeto de Tungstênio Monocamada – foi concluída na PUC-Rio.

A inovação despertou a atenção da comunidade acadêmica internacional pela rapidez e eficiência propiciadas ao processo de caracterização estrutural  daqueles materiais, utilizando espectroscopia de fotoluminescência.

A técnica consiste em incidir uma luz de laser no material e depois coletá-la, a fim de receber informações sobre defeitos na amostra, permitindo, de forma não destrutiva, aferir a qualidade cristalográfica dos calcogenetos depois de crescidos, um crescimento que pode, inclusive, ser acompanhado pelos alunos, permitindo que entrem em contato com o que existe de mais moderno no campo da nanotecnologia. Com os equipamentos disponíveis, é possível estudar as propriedades ópticas e reproduzir os experimentos em laboratório.

O professor Victor Carozo, que leciona na Física desde agosto do ano passado, falou à Assessoria de Comunicação da Vice-Reitoria para Assuntos Acadêmicos sobre a técnica desenvolvida na pesquisa e projetos futuros.

Assessoria de Comunicação/ VRAC - O que são materiais atomicamente finos? De que são constituídos e quais as suas aplicações?

Victor Carozo - São materiais que têm até três átomos de espessura (um milhão de vezes menor do que um fio de cabelo). A família vem crescendo bastante, eles podem ser constituídos apenas por átomos de carbono, como o grafeno, ou por dois elementos, como o disulfeto de molibdênio. As aplicações são diversas dentro do campo da nanotecnologia, na construção de transistores na eletrônica, lasers na escala nanométrica, ou ainda novos tipos de computação.

Ascom/VRAC - Qual foi a motivação do estudo? Ele teve início em seu pós-doutorado na Universidade da Pensilvânia junto a um grupo de pesquisadores que já trabalhava com a caracterização?

V.C. - A principal motivação foi identificar uma forma simples e rápida de aferir a qualidade cristalina desses materiais, ou seja, descobrir se eles apresentam defeitos e de que tipo. O primeiro passo para a aplicação prática, na indústria, é descobrir a quantidade e o tipo de defeitos que eles apresentam após sintetizados. O grupo em que estava possui o um bom conhecimento sobre sínteses destes materiais.   

Ascom/VRAC - Como surgiu a ideia de utilizar a espectroscopia de fotoluminescência no lugar da microscopia eletrônica para tornar mais eficiente a caracterização estrutural e a consequente detecção de defeitos nestes materiais?

V.C. - A espectroscopia de fotoluminescência é conhecida por dispensar o preparo de amostras e não causar danos ao material. O cuidado que tive foi analisar cuidadosamente o que acontece em baixa temperatura. Basicamente, a técnica consiste em incidir luz na amostra e analisar a luz que foi refletida; quando está baixa a temperatura, a reflexão traz informações sobre o tipo e quantidade de defeitos nas amostras.

Ascom/VRAC - Como se dá o crescimento desses materiais e de que forma ele pode ser acompanhado pelos alunos?

V.C. - A síntese destes materiais é relativamente simples. Um cilindro de quartzo é colocado em um forno que vai até 800°C, um gás de argônio carrega as partículas do precursor e, quando chega no centro, reage com um óxido. As folhas crescem em cima de uma superfície de silício. Os laboratórios do Departamento de FÍsica da universidade estão equipados com as técnicas necessárias para a síntese destes materiais atomicamente finos. O aluno interessado em aprender a técnica será treinado a conduzir o experimento, e ele mesmo conseguirá sintetiza-los.

Ascom/VRAC - Em termos de aplicações, que tipo de problemas, comercialmente falando, os defeitos no nível atômico poderiam ocasionar? Se possível, citar exemplos.

V.C. – É importante ressaltar que defeitos nem sempre são um problema, o que acontece é que eles modificam as propriedades físicas originais do material, o que pode ser feito de forma proposital  ou não, dependendo da aplicação. Para aplicações que necessitam das características originais dos cristais, os defeitos podem ser um problema, podendo até inviabilizar alguma aplicação como, por exemplo, não emitir luz quando o propósito seria fazer um laser.

Ascom/VRAC - Quais as vantagens para as indústrias eletrônica, optoeletrônica e de computação, em termos da fabricação de produtos utilizando esse material?

V.C. – Dispositivos podem ser fabricados com consumo menor de energia ou até mesmo produzir a sua própria fonte, além de possibilitar a miniaturização deles.

Ascom/VRAC - Quando foi feita a submissão à revista Science Advances? A aceitação foi imediata?

A submissão foi feita em novembro do ano passado e aceita em fevereiro após uma rodada de discussão com os revisores.

Ascom/VRAC - Qual a sua formação e área de pesquisa?

V.C. – Sou graduado em física com doutorado em ciências dos materiais, portanto atuo na interface dessas duas áreas, com foco em espectroscopia óptica e crescimento de novos materiais.

Ascom/VRAC - Que outras pesquisas vem desenvolvendo?

V.C. – No momento, estamos trabalhando em pelo menos cinco linhas de pesquisa: em nanometrologia de monocamadas atômicas, utilizando técnicas de espectroscopia óptica de alta resolução espacial; no estudo de nanocristais de isolantes topológicos através da espectroscopia Raman; na síntese e caracterização de hetereroestruturas como bicamadas ou ligas horizontais; na análise quantitativa de defeitos em nanomateriais por espectroscopia Raman e microscopia eletrônica. Por fim, na fabricação de nanodispositivos para estudo do efeito do campo elétrico nas características ópticas do cristal.

Ascom/VRAC - Quais serão os desdobramentos dos trabalhos com os materiais atomicamente finos?

V.C. – O estudo desses materiais começou em 2010, portanto ainda é cedo para afirmar se vai se tornar um produto comercial. Nesta fase. o que podemos dizer é que as chances são grandes.