Artigo de brasileiros sobre fósforo negro entra no rol dos mais citados

Com informações da Agência Fapesp - 19/06/2018

A figura mostra uma representação artística de um floco de fósforo negro sendo iluminado por um laser verde. A luz vermelha representa a luz espalhada com energia diferente da incidente sendo que este efeito é conhecido como espalhamento Raman. Ao girar o cristal, as medidas de dependência angular deste efeito deveriam se comportar conforme a linha cinza mostrada no gráfico no final da luz vermelha, no entanto, comportam-se conforme os pontos verdes no mesmo gráfico.
[Imagem: Henrique Bücker Ribeiro]

Sucesso

Depois do isolamento do grafeno, em 2004, outro material em escala nanométrica (bilionésima parte do metro) também muito promissor despontou em razão de suas propriedades semicondutoras: o fósforo negro, ou fosforeno.

E, da mesma forma que o conhecimento sobre o grafeno vem se acumulando desde a sua descoberta, o fósforo negro também só vem sendo compreendido aos poucos.

Uma descoberta importante foi feita em 2015 por uma equipe brasileira, das universidades Presbiteriana Mackenzie, em São Paulo, e Federal de Minas Gerais (UFMG), em parceria com pesquisadores das universidades Nacional de Cingapura e de Antioquia (Colômbia).

Na ocasião, Henrique Ribeiro e seus colegas conseguiram explicar uma propriedade observada experimentalmente, mas até então não compreendida do fósforo negro.

Demonstrando a importância da descoberta, o artigo entrou na seleta lista de 1% mais citados em comparação com outros trabalhos publicados em seu campo de estudo, de acordo com os Essential Science Indicators.

Fósforo negro

O fósforo negro é um cristal com estrutura sanfonada, composta por camadas bidimensionais de fósforo empilhadas com apenas um átomo de espessura. O material apresenta uma característica chamada anisotropia, pela qual suas propriedades físicas variam dependendo da direção - ou ângulo - do cristal.

"Em uma direção, os átomos na estrutura do material estão dispostos de um jeito e em outra direção estão ordenados de forma diferente. Desse modo, ao medir, por exemplo, a condutividade elétrica do material em uma direção o resultado é um, e em outra direção o resultado é diferente", explicou Henrique.

A fim de estudar esse fenômeno, os pesquisadores utilizaram espectroscopia Raman, técnica que permite obter informação química e estrutural de quase qualquer material por meio da análise da luz espalhada por ele.

A técnica consiste em incidir a luz de um laser sobre um material. A luz interage e perde energia para as vibrações do material, induzindo a redução da sua frequência. As energias de vibração de cada material são únicas e podem ser usadas como uma "impressão digital" dele, uma vez que cada material tem tipos de átomos diferentes, com ligações também específicas.

Ao analisar a luz espalhada ou refletida pelo material por meio dessa técnica é possível saber exatamente qual é a energia de vibração e, consequentemente, conhecer um cristal estudado.

Em 2016, a mesma equipe observou que o fosforeno apresenta vibrações que alteram a luz
[Imagem: H. B. Ribeiro et al. - 10.1038/ncomms12191]

Conhecimento para futuras aplicações

"Conseguimos oferecer, com base em dados experimentais, explicação para um comportamento anômalo observado quando um laser incide sobre um cristal de fósforo negro e é espalhado inelasticamente. Percebemos que não só a intensidade da luz espalhada, mas também a sua fase [propriedade encontrada em todas as ondas] varia com o ângulo que a polarização da luz incidente faz com o cristal. A variação da fase é normalmente desconsiderada.

"A partir dessa explicação, outros pesquisadores que estudam fósforo negro e outros cristais similares começaram a citar nosso artigo, pois é essencial levar em consideração esse fenômeno para ajustar dados e compreender bem os resultados experimentais," detalhou Christiano José Santiago de Matos, um dos autores do estudo.

Na avaliação dos pesquisadores, suas descobertas contribuem para caracterizar melhor o material, considerado extremamente promissor para futuras aplicações eletrônicas e optoeletrônicas.

O fósforo negro pode, por exemplo, ser usado em transistores, desempenhando as funções lógicas necessárias em sistemas digitais; em detectores de luz, transformando energia luminosa em corrente elétrica para sistemas de comunicações ópticas (fibra óptica) ou para células células fotovoltaicas; e em novos emissores de luz para as comunicações ópticas.

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