{"id":5327,"date":"2017-01-31T10:24:34","date_gmt":"2017-01-31T13:24:34","guid":{"rendered":"http:\/\/sbpmat.org.br\/?p=5327"},"modified":"2017-02-06T16:01:48","modified_gmt":"2017-02-06T19:01:48","slug":"artigo-em-destaque-fita-adesiva-para-ajudar-a-desvendar-segredos-dos-isolantes-topologicos","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/artigo-em-destaque-fita-adesiva-para-ajudar-a-desvendar-segredos-dos-isolantes-topologicos\/","title":{"rendered":"Artigo em destaque: Fita adesiva para ajudar a desvendar segredos dos isolantes topol\u00f3gicos."},"content":{"rendered":"

O artigo cient\u00edfico com participa\u00e7\u00e3o de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste m\u00eas \u00e9: Preservation of pristine Bi2Te3 thin film topological insulator surface after ex situ mechanical removal of Te capping layer. <\/strong>C. I. Fornari, P. H. O. Rappl, S. L. Morelh\u00e3o, T. R. F. Peixoto, H. Bentmann, F. Reinert, and E. Abramof. APL Materials, volume 4, issue 10 (2016). doi 10.1063\/1.4964610. Link para o artigo: http:\/\/aip.scitation.org\/doi\/full\/10.1063\/1.4964610<\/a><\/p>\n

Fita adesiva para ajudar a desvendar segredos dos isolantes topol\u00f3gicos<\/strong><\/p>\n

Uma pesquisa liderada por pesquisadores do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) faz uma contribui\u00e7\u00e3o muito \u00fatil para continuar avan\u00e7ando na compreens\u00e3o dos isolantes topol\u00f3gicos – materiais descobertos h\u00e1 cerca de uma d\u00e9cada, cujas caracter\u00edsticas os tornam promissores para uso em computadores qu\u00e2nticos e outras aplica\u00e7\u00f5es. A pesquisa foi reportada em um artigo recentemente publicado no peri\u00f3dico APL Materials<\/a>.<\/p>\n

A ideia de fazer a pesquisa surgiu no ano 2009, quando foi publicada a confirma\u00e7\u00e3o de que o telureto de bismuto (Bi2Te3) \u00e9 um isolante topol\u00f3gico tridimensional, ou seja, um material isolante no volume com robustos estados condutores na superf\u00edcie. O telureto de bismuto tinha sido predito teoricamente como isolante topol\u00f3gico tridimensional em 2007. A confirma\u00e7\u00e3o experimental veio a partir da observa\u00e7\u00e3o de seus estados topol\u00f3gicos de superf\u00edcie por meio de uma t\u00e9cnica conhecida como ARPES (espectroscopia de fotoemiss\u00e3o resolvida em \u00e2ngulo).<\/p>\n

\"Na<\/a>
Na montagem, fotos dos autores do artigo. Come\u00e7ando pela esquerda do leitor: Celso Fornari, Paulo Rappl, S\u00e9rgio Morelh\u00e3o, Thiago Peixoto, Hendrik Bentmann, Friedrich Reinert e Eduardo Abramof.<\/figcaption><\/figure>\n

Foi ent\u00e3o que a equipe de pesquisadores do INPE decidiu estudar as propriedades do telureto de bismuto por ARPES. Eles viram a possibilidade de iniciar a pesquisa com um equipamento dispon\u00edvel no Laborat\u00f3rio Associado de Sensores e Materiais (LAS) do INPE, com o qual poderiam come\u00e7ar as investiga\u00e7\u00f5es sobre a fabrica\u00e7\u00e3o do isolante topol\u00f3gico sem precisar de novos investimentos. \u201cO equipamento de epitaxia por feixe molecular (MBE) instalado no LAS\/INPE \u00e9 dedicado ao crescimento de compostos IV-VI e possui uma fonte carregada com a liga Bi2Te3, que \u00e9 usada para dopar estes compostos\u201d, explica Celso Israel Fornari<\/a>, que assina o artigo da APL Materials como autor correspondente.<\/p>\n

O trabalho foi realizado dentro do doutorado de Fornari, iniciado em 2013 e ainda em andamento, com orienta\u00e7\u00e3o dos pesquisadores Eduardo Abramof\u00a0<\/a>\u00a0e Paulo Henrique de Oliveira Rappl<\/a>, e com financiamento do CNPq e da FAPESP.<\/p>\n

A equipe sabia que, para analisar as amostras, deveria superar um desafio inerente aos isolantes topol\u00f3gicos: em contato com o ar, a superf\u00edcie desses materiais oxida rapidamente, mudando suas propriedades e impedindo que sejam realizadas com sucesso as an\u00e1lises de superf\u00edcie, que s\u00e3o essenciais para confirmar os estados topol\u00f3gicos condutores. Perante essa limita\u00e7\u00e3o, apenas seria poss\u00edvel realizar an\u00e1lises in situ (aquelas que s\u00e3o feitas no mesmo ambiente da fabrica\u00e7\u00e3o; neste caso, acoplando, por meio de linhas de ultra-alto v\u00e1cuo um sistema de caracteriza\u00e7\u00e3o de superf\u00edcie ao sistema de fabrica\u00e7\u00e3o). Contudo, as an\u00e1lises in situ, al\u00e9m de limitarem as possibilidades de estudo do material, n\u00e3o eram poss\u00edveis dentro do trabalho de doutorado de Celso Fornari, j\u00e1 que ele contemplava a realiza\u00e7\u00e3o de medi\u00e7\u00f5es por ARPES, por exemplo, na Alemanha, na Universidade de W\u00fcrzburg.<\/p>\n

\"Imagem<\/a>
Imagem de MEV-FEG do corte transversal de uma amostra de telureto de bismuto protegida com uma capa de tel\u00fario amorfo. Adaptada de imagem do artigo da APL Mat. [http:\/\/aip.scitation.org\/doi\/full\/10.1063\/1.4964610] sob licen\u00e7a CC BY 4.0 [https:\/\/creativecommons.org\/licenses\/by\/4.0]<\/figcaption><\/figure>A literatura cient\u00edfica apontava tamb\u00e9m outros caminhos para driblar a limita\u00e7\u00e3o, seja no sentido de proteger os isolantes topol\u00f3gicos da oxida\u00e7\u00e3o por meio de revestimentos, quer no sentido de remover a camada de \u00f3xido depois de formada. Entretanto, todos os m\u00e9todos acabavam provocando distor\u00e7\u00f5es na amostra em termos de espessura, morfologia da superf\u00edcie e composi\u00e7\u00e3o do material.<\/p>\n

Assim, a equipe teve que desenvolver um m\u00e9todo para proteger a superf\u00edcie do isolante topol\u00f3gico, garantindo ao mesmo tempo a integridade das amostras. A t\u00e9cnica desenvolvida pelos pesquisadores do INPE consiste em depositar, a temperatura ambiente, uma camada de tel\u00fario amorfo, logo ap\u00f3s o crescimento do telureto de bismuto.<\/p>\n

Dessa maneira, na primeira etapa do projeto, a equipe fabricou, cuidadosamente, filmes de telureto de bismuto de espessura variando entre 8 e 170 nm, e revestiu alguns deles com camadas protetoras de tel\u00fario amorfo de 100 a 200 nm de espessura. As amostras foram caracterizadas por meio de diversas t\u00e9cnicas experimentais para analisar os substratos, os filmes e as camadas protetoras. Particularmente, a equipe do INPE, junto ao professor Luiz Morelh\u00e3o, do Instituto de F\u00edsica da USP, analisou a estrutura das amostras por meio de difra\u00e7\u00e3o de raios X no Laborat\u00f3rio Nacional de Luz S\u00edncrotron (LNLS). Morelh\u00e3o tamb\u00e9m colaborou com a equipe do INPE no desenvolvimento de um modelo computacional para simular as curvas de difra\u00e7\u00e3o de raios X. \u201cEssas an\u00e1lises foram fundamentais para identificar as condi\u00e7\u00f5es ideais de crescimento do telureto de bismuto\u201d, comenta Fornari.<\/p>\n

Num segundo momento, a equipe enfrentou mais um desafio no desenvolvimento do m\u00e9todo de prote\u00e7\u00e3o dos filmes. De fato, na Alemanha, a camada protetora deveria ser retirada das amostras sem distorcer o isolante topol\u00f3gico para poder realizar as an\u00e1lises de superf\u00edcie.\u00a0 Seguindo um m\u00e9todo que j\u00e1 era praticado por outros cientistas, os pesquisadores do INPE planejaram, inicialmente, sublimar a camada protetora dentro do ambiente de ultra-alto v\u00e1cuo do equipamento de ARPES.<\/p>\n

\"M\u00e9todo<\/a>
M\u00e9todo de remo\u00e7\u00e3o da camada protetora. Adapta\u00e7\u00e3o de imagem do artigo da APL Mat. [http:\/\/aip.scitation.org\/doi\/full\/10.1063\/1.4964610] sob licen\u00e7a CC BY 4.0 [https:\/\/creativecommons.org\/licenses\/by\/4.0<\/figcaption><\/figure>Todavia, uma descoberta feita por acaso mudou os planos da equipe. \u201cDuas semanas antes de ir para a Alemanha, durante as \u00faltimas caracteriza\u00e7\u00f5es estruturais das amostras, n\u00f3s percebemos que, ao retirar as amostras do equipamento de difra\u00e7\u00e3o de raios X, a fita adesiva utilizada para fixa\u00e7\u00e3o estava removendo parte da camada protetora\u201d, conta Fornari. Foi ent\u00e3o que surgiu a ideia de utilizar uma fita adesiva comum para arrancar completamente a camada protetora do filme de telureto de bismuto, procedimento que ainda teria a vantagem de n\u00e3o exigir a instala\u00e7\u00e3o de ferramentas especiais no sistema de an\u00e1lise.<\/p>\n

Nesse procedimento, a amostra \u00e9 colada a um porta-amostras e uma fita adesiva \u00e9 colada \u00e0 camada protetora. A remo\u00e7\u00e3o pode ser realizada puxando a fita ou movimentando o porta-amostras, como mostra o diagrama \u00e0 direita.<\/p>\n

O m\u00e9todo de deposi\u00e7\u00e3o e posterior remo\u00e7\u00e3o de camada protetora desenvolvido pela equipe do INPE deu muito certo. A camada protetora de tel\u00fario preservou da oxida\u00e7\u00e3o e contamina\u00e7\u00e3o as amostras de telureto de bismuto durante cerca de tr\u00eas meses na sua travessia oce\u00e2nica e terrestre. A remo\u00e7\u00e3o da camada com fita adesiva, feita dentro da c\u00e2mara de ultra-alto v\u00e1cuo do equipamento de ARPES, p\u00f4de ser feita sem gerar distor\u00e7\u00f5es na espessura, morfologia ou composi\u00e7\u00e3o dos filmes, e, portanto, nas suas propriedades.<\/p>\n

\"Imagens<\/a>
Imagens de microscopia de for\u00e7a at\u00f4mica (AFM) da superf\u00edcie de filmes de telureto de bismuto de 25 nm de espessura. \u00c0 esquerda, um filme que foi protegido e teve a camada protetora removida pelo m\u00e9todo desenvolvido pelos pesquisadores do INPE. \u00c0 direita, um filme que n\u00e3o foi revestido. A compara\u00e7\u00e3o das imagens mostra que a superf\u00edcie do filme foi completamente preservada depois da remo\u00e7\u00e3o da camada protetora. (Adapta\u00e7\u00e3o de imagem publicada no artigo da APL Mat. [http:\/\/aip.scitation.org\/doi\/full\/10.1063\/1.4964610] sob licen\u00e7a CC BY 4.0 [https:\/\/creativecommons.org\/licenses\/by\/4.0\/])<\/figcaption><\/figure>Assim, as medi\u00e7\u00f5es pela t\u00e9cnica de ARPES foram feitas sem inconvenientes na Universidade de W\u00fcrzburg, sob supervis\u00e3o do professor Friedrich Reinert e com aux\u00edlio dos pesquisadores Thiago R. F. Peixoto e Hendrik Bentmann. As an\u00e1lises evidenciaram o comportamento isolante no volume e condutor na superf\u00edcie do telureto de bismuto a e robustez dos filmes.<\/p>\n

\u201cEsta foi a primeira observa\u00e7\u00e3o experimental de filmes de telureto de bismuto com comportamento isolante intr\u00ednseco que foram analisados ex situ\u201d, afirma Fornari. \u201cAt\u00e9 o momento s\u00f3 haviam sido reportados filmes com comportamento isolante intr\u00ednseco crescidos e analisados dentro do mesmo sistema de v\u00e1cuo (in situ)\u201d, completa.<\/p>\n

De acordo com Fornari, os resultados obtidos em rela\u00e7\u00e3o ao m\u00e9todo de deposi\u00e7\u00e3o e remo\u00e7\u00e3o da camada protetora apontam que ele poderia ser aplicado a outros materiais isolantes topol\u00f3gicos, al\u00e9m do telureto de bismuto. Uma boa not\u00edcia para os estudiosos desses materiais, muito promissores para uso em computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica e spintr\u00f4nica, desejosos de avan\u00e7ar na compreens\u00e3o de suas propriedades, que ganharam destaque em 2016 com o Pr\u00eamio Nobel de F\u00edsica<\/a>. Boa not\u00edcia tamb\u00e9m para a sociedade em geral, que provavelmente usufruir\u00e1 de suas aplica\u00e7\u00f5es.<\/p>\n

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O artigo cient\u00edfico com participa\u00e7\u00e3o de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste m\u00eas \u00e9: Preservation of pristine Bi2Te3 thin film topological insulator surface after ex situ mechanical removal of Te capping layer. C. I. Fornari, P. H. O. Rappl, S. L. Morelh\u00e3o, T. R. F. Peixoto, H. Bentmann, F. Reinert, […]<\/p>\n","protected":false},"author":4,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[6],"tags":[1143,1142,1144,1145,772,1140,1146,1141],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/5327"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/users\/4"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=5327"}],"version-history":[{"count":7,"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/5327\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":5372,"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/5327\/revisions\/5372"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=5327"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=5327"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=5327"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}