{"id":7214,"date":"2018-11-30T14:21:53","date_gmt":"2018-11-30T17:21:53","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/?p=7214"},"modified":"2018-12-07T15:45:07","modified_gmt":"2018-12-07T18:45:07","slug":"artigo-em-destaque-pontos-quanticos-com-regras-unicas","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/artigo-em-destaque-pontos-quanticos-com-regras-unicas\/","title":{"rendered":"Artigo em destaque: Pontos qu\u00e2nticos com regras \u00fanicas."},"content":{"rendered":"

O artigo cient\u00edfico com participa\u00e7\u00e3o (lideran\u00e7a) de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste m\u00eas \u00e9: Evidence of Band-Edge Hole Levels Inversion in Spherical CuInS2 Quantum Dots. <\/em><\/strong>Gabriel Nagamine, Henrique B. Nunciaroni, Hunter McDaniel, Alexander L. Efros, Carlos H. de Brito Cruz, and Lazaro A. Padilha. Nano Lett., 2018, 18 (10), pp 6353\u20136359. DOI: 10.1021\/acs.nanolett.8b02707.<\/p>\n

Pontos qu\u00e2nticos com regras \u00fanicas<\/strong><\/p>\n

\"glossario\"<\/a>Um trabalho liderado por pesquisadores da Unicamp revelou surpreendentes novidades sobre as regras que determinam os n\u00edveis de energia dos el\u00e9trons em pontos qu\u00e2nticos de dissulfeto de cobre e \u00edndio (CuInS2), os quais se destacam na fam\u00edlia dos pontos qu\u00e2nticos por serem at\u00f3xicos. O trabalho foi recentemente reportado no peri\u00f3dico cient\u00edfico Nano Letters<\/em> (fator de impacto 12,08).<\/p>\n

Os resultados do estudo, confirmados por m\u00e9todos experimentais e te\u00f3ricos, mostraram uma situa\u00e7\u00e3o na estrutura de bandas de energia que nunca antes tinha sido observada em outros materiais.<\/p>\n

\"Diagrama<\/a>
Diagrama simplicado da estrutura de bandas de um semiconductor. Link da fonte<\/a>.<\/figcaption><\/figure>\n

A estrutura de bandas \u00e9 um modelo cient\u00edfico bem estabelecido que mostra quais estados ou n\u00edveis de energia os el\u00e9trons podem ocupar em um determinado material. Esses estados de energia s\u00e3o representados em forma de bandas permitidas (aquelas que os el\u00e9trons podem atingir) e bandas proibidas (aquelas em que os el\u00e9trons n\u00e3o podem ser encontrados).<\/p>\n

Em semicondutores, as bandas de energia que s\u00e3o permitidas para um el\u00e9tron e que determinam as propriedades de um material s\u00e3o a banda de val\u00eancia e a de condu\u00e7\u00e3o. Ambas est\u00e3o separadas por uma banda proibida (band gap). Para que el\u00e9trons \u201cpulem\u201d da banda de val\u00eancia \u00e0 de condu\u00e7\u00e3o, transpondo a banda proibida num processo denominado transi\u00e7\u00e3o, \u00e9 necess\u00e1rio que recebam energia extra, o que pode ocorrer quando o material absorve f\u00f3tons. Ao perderem energia, esses el\u00e9trons podem voltar a ocupar seus lugares na banda de condu\u00e7\u00e3o, e a energia excedente pode ser emitida em forma de f\u00f3tons (luz). Essa emiss\u00e3o de luz decorrente da absor\u00e7\u00e3o de f\u00f3tons \u00e9 conhecida como fotoluminesc\u00eancia.<\/p>\n

\"Foto<\/a>
Foto dos estudantes Gabriel Nagamine (na frente) e Henrique Nunciaroni, os dois primeiros autores do paper, trabalhando no laborat\u00f3rio.<\/figcaption><\/figure>\n

Fazendo experimentos no Laborat\u00f3rio de Fen\u00f4menos Ultrarr\u00e1pidos do Instituto de F\u00edsica Gleb Wataghin (UNICAMP), os pesquisadores brasileiros descobriram que os pontos qu\u00e2nticos que estavam estudando n\u00e3o seguiam as mesmas regras de transi\u00e7\u00e3o que os demais materiais e nanomateriais semicondutores. \u201cDe forma geral, em semicondutores, bulk ou nanoestruturados, os estados que formam o topo da banda de val\u00eancia e o fundo da banda de condu\u00e7\u00e3o s\u00e3o tais que uma transi\u00e7\u00e3o entre esses estados, por absor\u00e7\u00e3o de um f\u00f3ton, \u00e9 permitida\u201d, contextualiza L\u00e1zaro Aur\u00e9lio Padilha Junior<\/a>, professor da UNICAMP e autor correspondente do artigo. \u201cO que mostramos foi que, no material estudado (pontos qu\u00e2nticos de CuInS2), essa transi\u00e7\u00e3o \u00e9 proibida por absor\u00e7\u00e3o de um f\u00f3ton, sendo necess\u00e1ria a intera\u00e7\u00e3o com dois f\u00f3tons para que essa transi\u00e7\u00e3o ocorra. At\u00e9 onde sabemos, esse \u00e9 o primeiro sistema semicondutor que apresenta essa invers\u00e3o de estados\u201d, conta Padilha.<\/p>\n

A descoberta, al\u00e9m de mostrar que as\u00a0normas que regem os estados dos el\u00e9trons em semicondutores n\u00e3o valem para todos os materiais, pode ter impacto nas aplica\u00e7\u00f5es dos pontos qu\u00e2nticos estudados. De acordo com Padilha, as condi\u00e7\u00f5es descobertas favorecem a emiss\u00e3o simult\u00e2nea de dois f\u00f3tons no material quando os el\u00e9trons voltam \u00e0 banda de condu\u00e7\u00e3o. \u201cIsso poderia ser atrativo para sistemas lasers que emitiriam luz em duas cores distintas ao mesmo tempo, e com ajuste de cor em uma larga faixa espectral\u201d, diz o professor. Al\u00e9m disso, acrescenta Gabriel Nagamine<\/a>, primeiro autor do artigo, entender a estrutura de bandas do material pode melhorar o desempenho de aplica\u00e7\u00f5es j\u00e1 existentes, como os concentradores solares luminescentes \u2013 uma tecnologia que podem ser utilizadas tanto para gerar energia el\u00e9trica a partir da luz solar quanto para aumentar a produ\u00e7\u00e3o de alimentos em estufas. \u201cTodas essas aplica\u00e7\u00f5es adv\u00eam das caracter\u00edsticas \u00fanicas das bandas eletr\u00f4nicas desses materiais\u201d, diz Nagamine.<\/p>\n

Hist\u00f3ria de um resultado experimental teoricamente anunciado<\/strong><\/p>\n

A hist\u00f3ria desta descoberta remonta ao ano de 2015, quando o professor Padilha, que trabalha com pontos qu\u00e2nticos desde 2010, seu aluno de mestrado Gabriel Nagamine e outros membros do grupo de pesquisa decidiram investir esfor\u00e7os em estudar os pontos qu\u00e2nticos de CuInS2. \u201cEsse material chamou nossa aten\u00e7\u00e3o por n\u00e3o possuir metal pesado em sua composi\u00e7\u00e3o, o que o tornava interessante para aplica\u00e7\u00f5es em Biologia e Medicina, como, por exemplo, marcadores biol\u00f3gicos fluorescentes\u201d, conta Padilha. De fato, os pontos qu\u00e2nticos, que foram descobertos na d\u00e9cada de 1980 e j\u00e1 est\u00e3o presentes em produtos como telas de TV, apresentam propriedades muito interessantes para serem usados na detec\u00e7\u00e3o de doen\u00e7as e outras aplica\u00e7\u00f5es na \u00e1rea de sa\u00fade, mas quase todos eles s\u00e3o t\u00f3xicos devido a sua composi\u00e7\u00e3o qu\u00edmica.<\/p>\n

\"Esta<\/a>
Espectro de absor\u00e7\u00e3o de dois f\u00f3tons (pontos amarelos) e espectro de absor\u00e7\u00e3o de um f\u00f3ton (l\u00ednea azul) em pontos qu\u00e2nticos de CuInS2 esf\u00e9ricos. Setas: picos de absor\u00e7\u00e3o de dois f\u00f3tons (setas amarelas) e de um f\u00f3ton (seta azul). No canto superior esquerdo, imagem de MET mostrando um dos pontos qu\u00e2nticos.<\/figcaption><\/figure>\n

A equipe da UNICAMP fez ent\u00e3o uma colabora\u00e7\u00e3o com a empresa UbiQD, localizada em Los \u00c1lamos (Estados Unidos) e especializada na produ\u00e7\u00e3o de pontos qu\u00e2nticos, pela qual a firma forneceu amostras de pontos qu\u00e2nticos esf\u00e9ricos e piramidais. A caracteriza\u00e7\u00e3o das amostras foi realizada parcialmente na empresa e tamb\u00e9m no Laborat\u00f3rio Nacional de Nanotecnologia (LNNano) do CNPEM, na cidade de Campinas (SP, Brasil).<\/p>\n

Inicialmente, Padilha e sua equipe se propuseram a investigar qu\u00e3o forte era a absor\u00e7\u00e3o de dois f\u00f3tons no material escolhido, j\u00e1 que esse processo \u00f3ptico permite fazer imagens tridimensionais de material, que podem ser muito \u00fateis na sua caracteriza\u00e7\u00e3o e tamb\u00e9m em sua aplica\u00e7\u00e3o em diversas \u00e1reas. Para isso, no in\u00edcio de 2016, a equipe realizou os experimentos principais do trabalho no IFGW-UNICAMP usando uma t\u00e9cnica de espectroscopia que permite detectar emiss\u00e3o de luz proveniente da absor\u00e7\u00e3o de dois f\u00f3tons. \u201cAs primeiras medidas revelaram um pico de absor\u00e7\u00e3o de dois f\u00f3tons a energias menores que as da absor\u00e7\u00e3o linear – fato nunca antes observado experimentalmente\u201d, conta Padilha. \u201cAchamos que poderia ser algum problema em nossa fonte laser e repetimos o experimento, obtendo os mesmos resultados\u201d, relata. Esses resultados, que s\u00e3o exibidos na figura ao lado,\u00a0surgiram dos experimentos realizados com pontos qu\u00e2nticos esf\u00e9ricos. J\u00e1 nas amostras de pontos qu\u00e2nticos com formato de pir\u00e2mide, a predomin\u00e2ncia da absor\u00e7\u00e3o de dois f\u00f3tons n\u00e3o foi observada.<\/p>\n

Em maio do mesmo ano, Padilha encontrou-se com o Dr. Alexander Efros, do National Research Laboratory (EUA) em uma confer\u00eancia na Cor\u00e9ia do Sul. “Ele, que \u00e9 um dos mais respeitados te\u00f3ricos que trabalham com estrutura eletr\u00f4nica de pontos qu\u00e2nticos semicondutores, mencionou que havia feito uns c\u00e1lculos que previam uma invers\u00e3o na paridade dos estados nesses nanomateriais. Imediatamente notamos que eu tinha provado a teoria dele”, relata o professor da UNICAMP. Os cientistas come\u00e7aram ent\u00e3o a trabalhar juntos e a tentar entender outros aspectos do problema, at\u00e9 submeter o artigo \u00e0 Nano Letters. O paper foi aceito em menos de dois meses.<\/p>\n

A pesquisa que originou o artigo faz parte da disserta\u00e7\u00e3o de mestrado de Gabriel Nagamine, defendida em 2017 pelo IFGW-UNICAMP, e recebeu apoio financeiro de ag\u00eancias brasileiras de apoio \u00e0 pesquisa (a paulista FAPESP e a federal CNPq), do servi\u00e7o de apoio ao estudante (SAE) da UNICAMP e do Office of Naval Research<\/em> (Estados Unidos).<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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