Fósforo Negro

Artigo de brasileiros sobre fósforo negro entra no rol dos mais citados

Com informações da Agência Fapesp -  19/06/2018

A figura mostra uma representação artística de um floco de fósforo negro sendo iluminado por um laser verde. A luz vermelha representa a luz espalhada com energia diferente da incidente sendo que este efeito é conhecido como espalhamento Raman. Ao girar o cristal, as medidas de dependência angular deste efeito deveriam se comportar conforme a linha cinza mostrada no gráfico no final da luz vermelha, no entanto, comportam-se conforme os pontos verdes no mesmo gráfico.[Imagem: Henrique Bücker Ribeiro]

Sucesso

Depois do isolamento do grafeno, em 2004, outro material em escala nanométrica (bilionésima parte do metro) também muito promissor despontou em razão de suas propriedades semicondutoras: o fósforo negro, ou fosforeno.

E, da mesma forma que o conhecimento sobre o grafeno vem se acumulando desde a sua descoberta, o fósforo negro também só vem sendo compreendido aos poucos.

Uma descoberta importante foi feita em 2015 por uma equipe brasileira, das universidades Presbiteriana Mackenzie, em São Paulo, e Federal de Minas Gerais (UFMG), em parceria com pesquisadores das universidades Nacional de Cingapura e de Antioquia (Colômbia).

Na ocasião, Henrique Ribeiro e seus colegas conseguiram explicar uma propriedade observada experimentalmente, mas até então não compreendida do fósforo negro.

Demonstrando a importância da descoberta, o artigo entrou na seleta lista de 1% mais citados em comparação com outros trabalhos publicados em seu campo de estudo, de acordo com os Essential Science Indicators.

Fósforo negro

O fósforo negro é um cristal com estrutura sanfonada, composta por camadas bidimensionais de fósforo empilhadas com apenas um átomo de espessura. O material apresenta uma característica chamada anisotropia, pela qual suas propriedades físicas variam dependendo da direção - ou ângulo - do cristal.

"Em uma direção, os átomos na estrutura do material estão dispostos de um jeito e em outra direção estão ordenados de forma diferente. Desse modo, ao medir, por exemplo, a condutividade elétrica do material em uma direção o resultado é um, e em outra direção o resultado é diferente", explicou Henrique.

A fim de estudar esse fenômeno, os pesquisadores utilizaram espectroscopia Raman, técnica que permite obter informação química e estrutural de quase qualquer material por meio da análise da luz espalhada por ele.

A técnica consiste em incidir a luz de um laser sobre um material. A luz interage e perde energia para as vibrações do material, induzindo a redução da sua frequência. As energias de vibração de cada material são únicas e podem ser usadas como uma "impressão digital" dele, uma vez que cada material tem tipos de átomos diferentes, com ligações também específicas.

Ao analisar a luz espalhada ou refletida pelo material por meio dessa técnica é possível saber exatamente qual é a energia de vibração e, consequentemente, conhecer um cristal estudado.

Em 2016, a mesma equipe observou que o fosforeno apresenta vibrações que alteram a luz [Imagem: H. B. Ribeiro et al. - 10.1038/ncomms12191]

Conhecimento para futuras aplicações

"Conseguimos oferecer, com base em dados experimentais, explicação para um comportamento anômalo observado quando um laser incide sobre um cristal de fósforo negro e é espalhado inelasticamente. Percebemos que não só a intensidade da luz espalhada, mas também a sua fase [propriedade encontrada em todas as ondas] varia com o ângulo que a polarização da luz incidente faz com o cristal. A variação da fase é normalmente desconsiderada.

"A partir dessa explicação, outros pesquisadores que estudam fósforo negro e outros cristais similares começaram a citar nosso artigo, pois é essencial levar em consideração esse fenômeno para ajustar dados e compreender bem os resultados experimentais," detalhou Christiano José Santiago de Matos, um dos autores do estudo.

Na avaliação dos pesquisadores, suas descobertas contribuem para caracterizar melhor o material, considerado extremamente promissor para futuras aplicações eletrônicas e optoeletrônicas.

O fósforo negro pode, por exemplo, ser usado em transistores, desempenhando as funções lógicas necessárias em sistemas digitais; em detectores de luz, transformando energia luminosa em corrente elétrica para sistemas de comunicações ópticas (fibra óptica) ou para células células fotovoltaicas; e em novos emissores de luz para as comunicações ópticas.

Bibliografia:

Unusual angular dependence of the Raman response in black phosphorus
Henrique Bücker Ribeiro, Marcos A. Pimenta, Christiano J. S. de Matos, Roberto Luiz Moreira, Aleksandr S. Rodin, Juan D. Zapata, Eunézio A. T. de Souza, Antônio H. Castro Neto
ACS Nano
DOI: 10.1021/acsnano.5b00698