{"id":9232,"date":"2021-03-31T16:26:53","date_gmt":"2021-03-31T19:26:53","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/?p=9232"},"modified":"2021-04-08T22:26:04","modified_gmt":"2021-04-09T01:26:04","slug":"artigo-em-destaque-engenharia-de-estrutura-de-banda-usando-a-geometria-de-tubos-enrolados","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/artigo-em-destaque-engenharia-de-estrutura-de-banda-usando-a-geometria-de-tubos-enrolados\/","title":{"rendered":"Artigo em destaque: Engenharia de estrutura de banda usando a geometria de tubos enrolados."},"content":{"rendered":"

[Texto de divulga\u00e7\u00e3o elaborado por\u00a0Christoph Deneke, Leonarde do Nascimento Rodrigues e Angelo Malachias, coautores da pesquisa, com pequenas edi\u00e7\u00f5es do Boletim da SBPMat.]<\/em><\/p>\n

Alterar as propriedades dos materiais, como a capacidade de conduzir corrente ou a sua resposta \u00f3ptica, por meio da deforma\u00e7\u00e3o do material resultante da aplica\u00e7\u00e3o de uma tens\u00e3o el\u00e1stica, tem sido um recurso de uso constante na tecnologia de semicondutores. Conjuntamente, diversos pesquisadores t\u00eam utilizado esse mecanismo para controlar propriedades de natureza fundamental de materiais distintos e descobrir novas possibilidades de aplica\u00e7\u00e3o tecnol\u00f3gica. Para tal finalidade, materiais semicondutores com espessura nanom\u00e9trica s\u00e3o especialmente adequados, pois se tornam compat\u00edveis com dispositivos j\u00e1 existentes e flex\u00edveis, em raz\u00e3o da sua espessura reduzida. At\u00e9 o momento, realizava-se essa engenharia de deforma\u00e7\u00e3o por meio da aplica\u00e7\u00e3o de um potencial externo a fim de controlar a tens\u00e3o el\u00e1stica sobre as membranas ultrafinas, alterando-se, com sucesso, propriedades fundamentais como a estrutura de banda do material (a distribui\u00e7\u00e3o dos n\u00edveis de energia dos el\u00e9trons dentro do material).<\/p>\n

Uma equipe de pesquisadores da universidades brasileiras demonstrou que \u00e9 poss\u00edvel alterar fundamentalmente as propriedades \u00f3pticas de uma membrana semicondutora mediante a sua integra\u00e7\u00e3o em um sistema curvo, ou seja, uma estrutura com geometria tubular (tubos enrolados – rolled-up tubes<\/em>). Os autores usaram uma tecnologia bem estabelecida de libera\u00e7\u00e3o e enrolamento de um sistema de camadas tensionadas. A fim de minimizar a energia el\u00e1stica, as camadas tensionadas, ao serem liberadas, evoluem para um estado de equil\u00edbrio formando espontaneamente uma estrutura tridimensional, cuja configura\u00e7\u00e3o final \u00e9 um tubo.<\/p>\n

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\"Processo
Processo de fabrica\u00e7\u00e3o, imagens de microscopia \u00f3tica e microscopia eletr\u00f4nica das estruturas com geometria tubular. (ACS Appl. Nano Mater. 2021, 4, 3, 3140-3147).<\/figcaption><\/figure>\n

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As etapas de fabrica\u00e7\u00e3o das nanoestruturas curvas\u00a0 est\u00e3o ilustradas na imagem acima. Inicialmente, a equipe produziu um \u00fanico cristal composto por diferentes materiais. Em seguida, realizou-se a transfer\u00eancia de um padr\u00e3o (desenho) geom\u00e9trico em forma de \u201cU\u201d para a superf\u00edcie da estrutura empregando a t\u00e9cnica de fotolitografia – o mesmo tipo de tecnologia utilizada na produ\u00e7\u00e3o de chips de computador. A \u00faltima etapa do processo \u00e9 respons\u00e1vel pela configura\u00e7\u00e3o final em forma de tubo do material por interm\u00e9dio da remo\u00e7\u00e3o seletiva de uma camada \u201cde sacrif\u00edcio\u201d previamente introduzida abaixo do sistema de camadas de interesse. As imagens \u00e0 esquerda da Figura 1(a-d) representam as etapas de fabrica\u00e7\u00e3o dos tubos, enquanto \u00e0 direita da figura (f-g) s\u00e3o exibidas as imagens de microscopia \u00f3ptica e eletr\u00f4nica, respectivamente, das estruturas obtidas.<\/p>\n

\u201cDesde 2001, eu estou trabalhando com esse tipo de sistema. J\u00e1 sabemos que as propriedades de fontes de luz qu\u00e2nticas incorporadas mudam com o enrolamento. Mas, at\u00e9 este trabalho, n\u00f3s t\u00ednhamos usado materiais que foram pouco afetados pela mudan\u00e7a geom\u00e9trica\u201d, relata o professor Christoph Deneke<\/a>, da Unicamp. Seu colaborador de longa data, professor Angelo Malachias<\/a>, acrescenta: \u201cAo usar o material InGaAs em vez de GaAs, n\u00f3s conseguimos uma mudan\u00e7a completa da estrutura eletr\u00f4nica do material e da emiss\u00e3o de luz da estrutura integrada na parede do tubo. O controle da estrutura de banda evidenciada no trabalho \u00e9 de grande interesse tecnol\u00f3gico no campo de dispositivos \u00f3pticos\u201d. Para investigar essas mudan\u00e7as, medidas \u00f3pticas foram realizadas em colabora\u00e7\u00e3o com os professores\u00a0Odilon Divino Damasceno Couto J\u00fanior<\/a> e\u00a0Fernando Iikawa<\/a>, da Unicamp. Ao utilizarem t\u00e9cnicas de espectroscopia \u00f3ptica para medir a polariza\u00e7\u00e3o da luz (o plano de vibra\u00e7\u00e3o da luz), os autores descobriram que a resposta apontava para mudan\u00e7as fundamentais da fonte de luz.<\/p>\n

A imagem abaixo mostra o espectro obtido para uma estrutura de refer\u00eancia (em sua forma plana) e na nova forma enrolada.<\/p>\n

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\"Espectros
Espectros de fotoluminesc\u00eancia (PL) e fotoluminesc\u00eancia de excita\u00e7\u00e3o (PLE) de um po\u00e7o qu\u00e2ntico de GaAs enrolado (a-c) e de um po\u00e7o qu\u00e2ntico de InGaAs enrolado (e-h), bem como as medi\u00e7\u00f5es de PLE com polariza\u00e7\u00e3o da luz em fun\u00e7\u00e3o da energia de excita\u00e7\u00e3o (d-h). (ACS Appl. Nano Mater. 2021, 4, 3, 3140-3147)<\/figcaption><\/figure>\n

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\u201cCom o desaparecimento de qualquer polariza\u00e7\u00e3o da luz emitida pelas camadas enroladas, que inclui a camada de InGaAs, n\u00f3s observamos que a estrutura eletr\u00f4nica e as propriedades \u00f3pticas sofreram mudan\u00e7as de natureza fundamental. E conseguimos isso sem recorrer \u00e0 aplica\u00e7\u00e3o de um potencial externo para controlar a expans\u00e3o e compress\u00e3o do material. A forma\u00e7\u00e3o espont\u00e2nea dessas estruturas tubulares \u00e9 uma maneira elegante de induzir um estado h\u00edbrido de compress\u00e3o e expans\u00e3o, que por sua vez induz novos efeitos\u201d, explica o\u00a0professor Leonarde do Nascimento Rodrigues<\/a>, que trabalhou no sistema durante seu p\u00f3s-doutoramento em conjunto com o\u00a0professor Deneke. C\u00e1lculos te\u00f3ricos mostram que o efeito pode ser esperado para todos os tipos de sistemas curvos fabricados em uma configura\u00e7\u00e3o de tubos com base no sistema de material usado.<\/p>\n

Emissores qu\u00e2nticos de luz baseados nos materiais InGaAs e GaAs j\u00e1 s\u00e3o utilizados. Basicamente, todos os lasers usados na comunica\u00e7\u00e3o por fibra \u00f3ptica baseiam-se nesta classe de materiais, constituindo uma espinha dorsal da comunica\u00e7\u00e3o pela Internet, fato pouco conhecido pela maioria das pessoas. \u00c0 vista disso, as fontes de luz fabricadas com o material mencionado, cujas propriedades podem ser alteradas e controladas, s\u00e3o de grande interesse para os pr\u00f3ximos patamares do desenvolvimento da tecnologia, os quais s\u00e3o representados, por exemplo, pela informa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica e computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica. O fato de que essas estruturas semicondutoras em forma de tubo podem ser transformadas em um dispositivo emissor de luz (laser), juntamente com a habilidade de alterar e controlar as propriedades f\u00edsicas sem a necessidade de qualquer fonte de tens\u00e3o externa, proporcionam uma engenharia moderna que aponta na dire\u00e7\u00e3o de potenciais aplica\u00e7\u00f5es acerca de emissores de luz e outros campos da ci\u00eancia. Al\u00e9m disso, os resultados apresentados pelos autores, provenientes do comportamento geom\u00e9trico tubular da estrutura, podem ser utilizados como um modelo para outros sistemas f\u00edsicos baseados em diferentes materiais semicondutores como o sil\u00edcio (Si), que continua sendo o material mais importante da tecnologia de informa\u00e7\u00e3o.<\/p>\n

O trabalho foi em grande parte apoiado pela FAPESP e CNPq. As amostras foram crescidas e processadas no Laborat\u00f3rio Nacional de Nanotecnologia (LNNano\/CNPEM). As medidas de difra\u00e7\u00e3o de raios X foram realizadas no Laborat\u00f3rio Nacional de Luz S\u00edncrotron (LNLS\/CNPEM). As medidas de espectroscopia \u00f3ptica foram realizadas no Grupo de Propriedades \u00d3pticas do Instituto de F\u00edsica Gleb Wataghin da Unicamp.<\/p>\n

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\"Alguns
Alguns dos autores do paper. A partir da esquerda: Leonarde N. Rodrigues, Diego Scolfaro, Angelo Malachias, Odilon D. D. Couto Jr e Christoph Deneke.<\/figcaption><\/figure>\n

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Refer\u00eancia do artigo cient\u00edfico:<\/strong>\u00a0Rolled-Up Quantum Wells Comprised of Nanolayered InGaAs\/GaAs Heterostructures as Optical Materials for Quantum Information Technology.<\/em>\u00a0 Leonarde N. Rodrigues, Diego Scolfaro, Lucas da Concei\u00e7\u00e3o, Angelo Malachias, Odilon D. D. Couto Jr., Fernando Iikawa, Christoph Deneke. ACS Applied Nano Materials 2021, DOI: 10.1021\/acsanm.1c00354. Dispon\u00edvel na modalidade de acesso aberto em\u00a0https:\/\/pubs.acs.org\/doi\/10.1021\/acsanm.1c00354<\/a>.<\/p>\n

Contato do autor correspondente: <\/strong>Prof Chistoph Deneke (UNICAMP) –\u00a0cdeneke@ifi.unicamp.br.<\/p>\n

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