<\/p>\n
Texto de divulga\u00e7\u00e3o:<\/strong><\/p>\n Nanofios semicondutores com varia\u00e7\u00f5es peri\u00f3dicas de di\u00e2metro: instabilidades no crescimento dos nanofios.<\/strong><\/p>\n Ao produzir nanofios do composto semicondutor fosfeto de \u00edndio (InP), pesquisadores do Instituto de F\u00edsica Gleb Wataghin (IFGW) da Unicamp observaram no microsc\u00f3pio eletr\u00f4nico de varredura uma particularidade interessante. Um dos grupos de nanofios exibia marcadas varia\u00e7\u00f5es de seu habitual formato c\u00f4nico, apresentando partes mais grossas, tipo pneuzinhos, periodicamente ao longo do nanofio.<\/p>\n As varia\u00e7\u00f5es no di\u00e2metro apareciam em quase 80% dos nanofios de cinco nanometros de di\u00e2metro no \u00e1pice, os mais finos, e eram muito mais vis\u00edveis perto do topo do nanofio do que na base dele. As varia\u00e7\u00f5es tinham se gerado de maneira espont\u00e2nea, mas os pesquisadores tinham mantido constantes os par\u00e2metros de produ\u00e7\u00e3o durante todo o processo. Por que, ent\u00e3o, essas varia\u00e7\u00f5es morfol\u00f3gicas? Os cientistas tinham pela frente o desafio de elucidar os detalhes da cin\u00e9tica de crescimento dos nanofios. O modelo desenvolvido por eles seria publicado, em janeiro deste ano, no peri\u00f3dico Nano Letters<\/em>.<\/p>\n O crescimento dos nanofios de fosfeto de \u00edndio<\/strong><\/p>\n Para compreender a explica\u00e7\u00e3o desenvolvida pelos pesquisadores brasileiros sobre a origem dessas oscila\u00e7\u00f5es peri\u00f3dicas de di\u00e2metro, \u00e9 necess\u00e1rio entender o processo de produ\u00e7\u00e3o dos nanofios.<\/p>\n Dentre as diferentes formas de produzir um nanofio, a mais popular atualmente utiliza o mecanismo de crescimento \u201cvapor-l\u00edquido-s\u00f3lido\u201d, conhecido pela sigla VLS. No VLS, uma pequena part\u00edcula catalisadora \u00e9 depositada em um substrato dentro de uma c\u00e2mera de crescimento, na qual se introduz vapor do material que vai compor o nanofio.<\/p>\n Na pesquisa do artigo da Nano Letters<\/em>, os pesquisadores utilizaram uma nanopart\u00edcula de ouro como catalisador, um substrato de arseneto arseneto de g\u00e1lio (GaAs) e uma c\u00e2mera de crescimento epitaxial por feixe qu\u00edmico (CBE). Como o intuito era fazer nanofios de fosfeto de \u00edndio, usaram, como vapor, fosfina (PH3) e trimetil-\u00edndio (TMI), que s\u00e3o os precursores do \u00edndio e do f\u00f3sforo para o crescimento.<\/p>\n Seguindo o percurso normal do processo VLS, o vapor foi absorvido pela nanopart\u00edcula de ouro mais rapidamente do que pelo substrato. Dessa maneira, a nanopart\u00edcula ficou supersaturada de \u00edndio e f\u00f3sforo, possibilitando a seguinte etapa do processo, a nuclea\u00e7\u00e3o. Assim, um n\u00facleo s\u00f3lido de fosfeto de \u00edndio se formou entre a nanopart\u00edcula de ouro, que estava em fase l\u00edquida, e o substrato. Esse n\u00facleo se propagou e formou uma monocamada de fosfeto de \u00edndio. Com sucessivas nuclea\u00e7\u00f5es, novas monocamadas se formaram uma em cima da outra, gerando um nanofio cada vez mais comprido. A nanopart\u00edcula catalisadora, como em todo processo VLS, ficou no topo do nanofio.<\/p>\n O modelo da cin\u00e9tica de crescimento dos nanofios<\/strong><\/p>\n A pesquisa abordada no artigo da Nano Letters<\/em> foi realizada no contexto do mestrado do aluno Douglas Soares de Oliveira, realizado no IFGW \u2013 Unicamp e orientado pela professora M\u00f4nica Cotta. Douglas est\u00e1 agora fazendo o doutorado com a mesma orientadora, ainda em nanofios semicondutores \u2013 tema que vem estudando desde sua primeira inicia\u00e7\u00e3o cient\u00edfica, iniciada em 2008. \u00a0Tamb\u00e9m participaram da pesquisa publicada na Nano Letters<\/em> o professor Daniel Ugarte (IFGW-Unicamp) e seu ex-aluno de doutorado Luiz Tizei. \u201cA participa\u00e7\u00e3o deles foi imprescind\u00edvel para o resultado final obtido\u201d, diz Cotta.<\/p>\n Os grupos de Cotta e Ugarte t\u00eam uma longa hist\u00f3ria de colabora\u00e7\u00f5es e tinham publicado em 2011 um outro trabalho [Chiaramonte, T., Tizei, L. H. G., Ugarte, D., & Cotta, M. A. \u00a0Kinetic Effects in InP Nanowire Growth and Stacking Fault Formation: The Role of Interface Roughening.<\/strong> Nano Letters, 2011, 11 (5), PP 1934\u20131940. DOI:10.1021\/nl200083f] que motivou o tema do mestrado de Douglas. \u00a0\u201cQuer\u00edamos compreender melhor a rota de incorpora\u00e7\u00e3o de \u00e1tomos do grupo III, ao qual pertence o \u00edndio, na nanopart\u00edcula catalisadora, e o papel da deforma\u00e7\u00e3o induzida na interface entre a nanopart\u00edcula e a fase s\u00f3lida (substrato ou nanofio)\u201d, contextualiza a professora Cotta.<\/p>\n Para isso, os pesquisadores introduziram um grande fluxo de TMI (o vapor do \u00edndio) durante o processo VLS.\u00a0 \u201cAcreditamos que nesse regime ocorre uma competi\u00e7\u00e3o entre as duas rotas mais prov\u00e1veis para a incorpora\u00e7\u00e3o de \u00edndio no nanofio durante o crescimento, que s\u00e3o: via interior da nanopart\u00edcula para o nanofio, ou, diretamente, da fase vapor no ambiente para o local de crescimento na interface\u201d, justifica Cotta.<\/p>\n Segundo o modelo proposto pelos pesquisadores da Unicamp, essa competi\u00e7\u00e3o entre as rotas pode modificar estruturalmente a interface entre a nanopart\u00edcula de ouro e o nanofio durante o crescimento, alterando assim o \u00e2ngulo de contato entre eles ou, em outras palavras, gerando instabilidades. \u201cCom um \u00e2ngulo de contato diferente, n\u00e3o \u00e9 mantido o equil\u00edbrio de for\u00e7as que mant\u00e9m a nanopart\u00edcula no topo do nanofio. Isso induz a nanopart\u00edcula, l\u00edquida, a descer e englobar parte do nanofio. A descida da nanopart\u00edcula pela lateral do nanofio favorece a forma\u00e7\u00e3o de novos n\u00facleos de fosfeto de \u00edndio que aumentam o di\u00e2metro do nanofio\u201d, explica a professora.<\/p>\n Mas por que as oscila\u00e7\u00f5es do di\u00e2metro s\u00e3o peri\u00f3dicas? Porque o processo \u00e9 c\u00edclico. A professora Cotta explica que, quando a nanopart\u00edcula engloba uma parte da lateral do nanofio, o balan\u00e7o das for\u00e7as muda novamente, empurrando a nanopart\u00edcula para o topo do nanofio. E tudo volta a come\u00e7ar.<\/p>\n Relev\u00e2ncia do trabalho<\/strong><\/p>\n O modelo da cin\u00e9tica foi desenvolvido com base na an\u00e1lise da geometria, morfologia e composi\u00e7\u00e3o de pouco mais de 100 nanofios, usando as t\u00e9cnicas de microscopia eletr\u00f4nica de varredura (MEV) com dispers\u00e3o de energia de raios X (EDS) e microscopia eletr\u00f4nica de transmiss\u00e3o. A pesquisa foi inteiramente realizada em Campinas (SP), no IFGW-Unicamp e no Laborat\u00f3rio de Microscopia Eletr\u00f4nica do LNNANO\/CNPEM.<\/p>\n \u201cO estudo da cin\u00e9tica de crescimento de nanofios por si s\u00f3 j\u00e1 \u00e9 muito importante para o desenvolvimento de materiais semicondutores com novas propriedades\u201d, afirma Cotta. Nesse sentido, o trabalho publicado na Nano Letters mostrou um novo mecanismo para o controle, n\u00e3o apenas morfol\u00f3gico, mas tamb\u00e9m cristalogr\u00e1fico, dos nanofios de fosfeto de \u00edndio. Mas o fato de os nanofios de Douglas e Cotta apresentarem \u00e1pices de at\u00e9 cinco nanometros de di\u00e2metro agrega ainda mais valor ao trabalho. \u201cEm estruturas t\u00e3o pequenas, pesquisas recentes indicam que varia\u00e7\u00f5es de di\u00e2metro t\u00eam grande potencial para aplica\u00e7\u00f5es na convers\u00e3o de energia, por exemplo, utilizando o efeito termoel\u00e9trico\u201d, completa a professora.<\/p>\n <\/p>\n O artigo cient\u00edfico de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste m\u00eas \u00e9: D. S. Oliveira, L.H.G. Tizei, D. Ugarte, M. A. Cotta. Spontaneous Periodic Diameter Oscillations in InP Nanowires: The Role of Interface Instabilities. Nano Letters, 2013, 13 (1), pp 9\u201313. DOI: 10.1021\/nl302891b. 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<\/a><\/a>Para saber mais:<\/strong><\/h4>\n
Disserta\u00e7\u00e3o de mestrado de Douglas Soares de Oliveira, intitulada Nanofios semicondutores: s\u00edntese e processos de forma\u00e7\u00e3o<\/strong>: http:\/\/webbif.ifi.unicamp.br\/tesesOnline\/teses\/IF1549.pdf<\/a><\/h4>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"