Vibrações nas bordas do fósforo bidimensional

Assim como carbono apresenta formas estáveis em várias dimensões (diamante, grafeno, nanotubos), o fósforo também forma um cristal constituído por camadas bidimensionais superpostas. Esta forma é conhecida como fósforo negro ("black phosphorous" ou BP) e, como o grafite, pode ser mecanicamente esfoliada. A camada monoatômica resultante é conhecida como fosforeno.

O fosforeno é um material bidimensional com um enorme potencial para aplicações em microeletrônica, pois, ao contrário do grafeno, é um semicondutor. Porém, como qualquer material real, não é infinito, ou seja, apresenta bordas. Além disso, espera-se que os efeitos das bordas possam afetar suas propriedades mecânicas e eletrônicas, como já determinado em estudos de grafeno.

Uma das técnicas experimentais mais poderosas para caracterizar estes materiais bidimensionais é a espectroscopia Raman, que pode ser usada para analisar os fônons – modos vibracionais gerados pela estrutura cristalina do material que apresentam aspectos de partículas quando quantizados, mas que não são realmente partículas, nem têm existência fora do material. Por esse motivo, os fônons são chamados de “quase-partículas”. Fônons também podem ser estudados teoricamente, em particular através de técnicas que usam a DFT (“teoria do funcional da densidade”) para a descrição da natureza quântica das partículas que compõem todo e qualquer material.

As propriedades dos fônons nas bordas do grafeno já foram bastante estudadas. Mas um grupo de pesquisadores brasileiros agora realizou esse tipo de análise para o fosforeno. Este é o foco do trabalho de H. B. Ribeiro e seus colegas, localizados no MackGraphe (Centro de Pesquisas do Grafeno da Universidade Presbiteriana Mackenzie), no Instituto de Física de Teórica da Unesp (Universidade Estadual Paulista), no Instituto de Física Gleb Wataghin da Unicamp (Universidade Estadual de Campinas), no Departamento de Física da UFMG (Universidade Federal de Minas Gerais) e no Graphene Research Center, na Universidade Nacional de Singapura.

Em artigo publicado na “Nature Communications” em 14 de julho, o grupo analisou cristais de fosforeno em por experimentos realizados com espectroscopia Raman, que revelaram as propriedades específicas das vibrações atômicas que são localizadas nas bordas. Os cálculos utilizando a DFT confirmaram a identificação das vibrações de borda e permitiram o detalhamento da estrutura atômica que causa este tipo de modo de vibração.

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