(Notícias Nanowerk) Pesquisadores da Universidade da Califórnia, Berkeley desenvolveram técnicas de imagem óptica em nanoescala de ponta para fornecer insights sem precedentes sobre a dinâmica de portadores ultrarrápidos em materiais avançados. Dois estudos recentes, publicados em Materiais avançados (“Nanoscopia transitória da dinâmica do éxciton em dicalcogenetos de metais de transição 2D”) e Fotônica ACS (“Nanoimagem de campo próximo de fases e dinâmica de portadores em nanofeixes de dióxido de vanádio”), demonstram um progresso significativo na compreensão dos comportamentos dos portadores em materiais bidimensionais e de mudança de fase, com implicações para a próxima geração de eletrônicos e optoeletrônico dispositivos.
A equipe de pesquisa, liderada pelo Prof. Costas P. Grigoropoulos, Dr. Jingang Li e o aluno de pós-graduação Rundi Yang, empregou uma nova técnica de nanoscopia transiente de campo próximo para investigar o comportamento de materiais no nanoescala com alta resolução espacial e temporal. Essa abordagem supera as limitações dos métodos ópticos tradicionais, permitindo que pesquisadores visualizem e analisem diretamente fenômenos que antes eram difíceis de observar.
“Nossa técnica nos permite examinar como portadores de carga e excitons se comportam e interagem na nanoescala em vários materiais”, explica Li. “Isso é essential para entender e otimizar o desempenho de dispositivos avançados baseados nesses materiais.”
Em um estudo, a equipe se concentrou em partículas atomicamente finas dicalcogenetos de metais de transição (TMDCs), materiais conhecidos por suas propriedades ópticas e eletrônicas únicas. Eles observaram detalhes intrincados sobre os processos de recombinação e difusão de excitons em monocamadas e bicamadas MoS2revelando dinâmicas distintas perto de interfaces de cristal e em regiões com deformação em nanoescala.
Ampliando suas investigações, os pesquisadores também examinaram o dióxido de vanádio (VO2), um materials celebrado por suas notáveis propriedades de mudança de fase. Usando suas técnicas avançadas de imagem, eles mapearam a distribuição em nanoescala de fases metálicas e isolantes em VO dobrado2 nanofeixes.
“Conseguimos obter imagens diretas da coexistência de diferentes fases no VO2 com detalhes sem precedentes”, diz Yang. “Isso nos permite entender como a tensão influencia as propriedades eletrônicas do materials em um nível elementary.”
Surpreendentemente, a equipe observou uma recombinação mais lenta do portador, mas uma difusão mais rápida na fase metálica do VO2 comparado à sua fase isolante. Essa descoberta fornece novos insights sobre o comportamento do materials durante transições de fase, o que pode ser essential para o desenvolvimento de dispositivos avançados de comutação e memória.
A pesquisa também destacou o impacto das propriedades locais do materials, como tensão e interfaces, na dinâmica do exciton e do portador em TMDCs e VO2. Esse entendimento é important para dispositivos de engenharia que podem aproveitar esses efeitos em nanoescala para melhorar o desempenho.
O Prof. Grigoropoulos enfatiza o impacto mais amplo desta pesquisa: “Estas técnicas abrem novas possibilidades para estudar uma ampla gama de nanomateriais e nanodispositivos. Estamos animados com as potenciais aplicações em campos que vão da coleta de energia ao processamento de informações quânticas.”
Os resultados combinados destes estudos demonstram o poder das técnicas avançadas de imagem em nanoescala para desvendar a física complexa da nanomateriais. À medida que os pesquisadores continuam a refinar esses métodos, podemos esperar mais avanços em nossa compreensão de materiais em escala atômica, abrindo caminho para tecnologias inovadoras que aproveitam as propriedades únicas dos nanomateriais.
Essas descobertas têm implicações significativas para o desenvolvimento de dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos de próxima geração, incluindo sensores de alto desempenho, dispositivos de memória e componentes ópticos adaptativos. A capacidade de sondar e manipular propriedades de materiais em escalas tão finas promete acelerar o desenvolvimento de tecnologias mais eficientes e capazes em um amplo espectro de aplicações.