Existe grande entusiasmo no campo materiais bi-dimensionais 2D, dentre os quais se destaca o grafeno. A possibilidade do uso destes materiais em novos tipos de dispositivos eletrônicos requer a compreensão sobre o comportamento dos elétrons, dos fônons (quanta da vibração da rede cristalina) e da interação entre os elétrons e os fônons nestes materiais. No caso de uma amostra com duas camadas atômicas, a interação eletron-fônon pode ocorrer numa mesma camada ou entre duas camadas. O ângulo de rotação entre as camadas também modifica suas propriedades eletrônicas.
Um novo trabalho liderado por pesquisadores brasileiros em parceria com colaboradores na França, no Japão e em Taiwan dá contribuição importante nesse sentido, ao investigar os efeitos das interações entre elétrons e fônons em materiais dispostos em camadas bidimensionais.
“O resultado principal que a gente obteve nesse trabalho foi que em sistemas formados por duas folhas de grafeno, rodadas de num certo ângulo, nós conseguimos distinguir experimentalmente os processos entre elétrons e fônons que vêm de uma mesma camada daqueles processos que acontecem entre camadas diferentes”, explica Marcus Moutinho, pesquisador da UFRJ (Universidade Federal do Rio de Janeiro) e UFF (Universidade Federal Fluminense) e co-autor do trabalho, que tem como primeiro autor G. S. N. Eliel, da UFMG (Universidade Federal de Minas Gerais) e como pesquisador principal o Prof. Marcos Pimenta, também da UFMG.
O grafeno é uma única camada de grafite, um material formado só de carbono com espessura de apenas um átomo e, por isso, é chamado de bidimensional. Quando duas camadas dele são colocadas uma por sobre a outra e se promove um giro num certo ângulo, isso gera o aparecimento de novos estados eletrônicos, que se manifestam no espectro Raman da estrutura.
“O espalhamento Raman é um espalhamento inelástico da luz. Isso quer dizer que, quando a luz incide no material, a luz espalhada não tem a mesma energia ou a mesma frequência da luz incidente”, explica Moutinho. “Isso quer dizer que o fóton que foi absorvido por esse material criou um par elétron-buraco que sofreu um espalhamento com fônons ou com perturbações na rede cristalina desse material, até se recombinar e emitir um fóton com energia diferente.”
O artigo do grupo, publicado em 23 de março na revista “Nature Communications”, apresenta um método para distinguir que processos de interação elétron-fônon quando há essa rotação de uma das folhas bidimensionais com relação à outra. “E o mais interessante é que a conclusão do nosso trabalho não fica restrita só a duas camadas de grafeno”, aponta Moutinho, destacando a capacidade de usar a mesma metodologia para estudar outras hetero-estruturas baseadas em grafeno.
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