Material híbrido poderá superar o grafeno em várias aplicações

Estrutura formada por monocamada de bissulfeto de molibdênio e substrato de azobenzeno possibilitaria construir transistor altamente compactável e maleável, alimentado pela luz

José Tadeu Arantes  |  Agência FAPESP – Materiais híbridos em sua composição (combinando precursores orgânicos e inorgânicos) e quase bidimensionais em sua estrutura (dispostos em arranjos moleculares maleáveis e altamente compactáveis) constituem uma das apostas atuais para várias aplicações tecnológicas – como a confecção de dispositivos optoeletrônicos cada vez menores.

Um artigo publicado na revista Physical Review B trata de um estudo relacionado ao tema realizado durante os doutorados de Diana Meneses Gustin e de Luís Cabral, orientados pelo professor Victor Lopez Richard, da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar). Cabral foi coorientado pelo professor Juarez Lopes Ferreira da Silva, do Instituto de Química de São Carlos (IQSC) da Universidade de São Paulo (USP). Gustin recebeu Bolsa de Doutorado e Bolsa no Exterior – Estágio de Pesquisa da FAPESP.

“Gustin e Cabral explicaram teoricamente as propriedades ópticas e de transporte singulares resultantes da interação de uma monocamada de bissulfeto de molibdênio [a substância inorgânica MoS₂] com um substrato de azobenzeno [a substância orgânica C₁₂H₁₀N₂]”, disse Lopez Richard à Agência FAPESP.

A incidência de luz faz a molécula de azobenzeno mudar da configuração espacial cis para a configuração espacial trans. E isso produz efeitos na nuvem de elétrons da monocamada de bissulfeto de molibdênio. Tais efeitos, que são reversíveis, já haviam sido investigados experimentalmente por Emanuela Margapoti em pesquisa de pós-doutorado realizada na UFSCar, também com apoio da FAPESP. Gustin e Cabral produziram um modelo para emular teoricamente o processo.

“Eles fizeram simulações ab initio [simulações computacionais a partir da ciência estabelecida] e cálculos baseados em teoria do funcional de densidade [que emprega a mecânica quântica para descrever a dinâmica de sistemas compostos por muitos corpos]. E modelaram as propriedades de transporte da monocamada de bissulfeto de molibdênio quando perturbada pelas variações no substrato de azobenzeno”, explicou Richard.

Embora aplicações tecnológicas não façam parte do artigo publicado, o eventual emprego do efeito para a construção de um transistor bidimensional ativado por luz está no horizonte dos pesquisadores.

“A estrutura quase bidimensional torna o bissulfeto de molibdênio tão atrativo quanto o grafeno em termos de redução do espaço e maleabilidade. Mas ele possui virtudes que, potencialmente, o tornam ainda melhor. É um semicondutor com propriedades parecidas com as do grafeno quanto à condutividade elétrica. E é opticamente mais versátil, porque emite luz na faixa de frequências do infravermelho ao visível”, disse Richard.

A estrutura híbrida de bissulfeto de molibdênio e azobenzeno é considerada um material altamente promissor. Mas, para que venha a ser efetivamente empregada em dispositivos úteis, muitas pesquisas e desenvolvimentos serão necessários.

O artigo Photomodulation of transport in monolayer dichalcogenides (doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.98.241403), de D. Meneses-Gustin, Luis Cabral, Matheus P. Lima, Juarez L. F. Da Silva, Emanuela Margapoti, Sergio E. Ulloa, Gilmar E. Marques e Victor Lopez-Richard, está publicado em: https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.98.241403.
 

Densidade de probabilidade da função de espalhamento para o potencial (a) atrativo e (b) repulsivo. Correspondente variação da densidade de carga para os isômeros (c) cis e (d) trans da molécula de azobenzeno.