Linhas Gerais de pesquisa para

Projetos de Mestrado/Doutorado/Post Doc

Orientador: Luiz Fernando Zagonel      ( Contato )

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Figura: Foto do Microscópio de Varredura de Tunelamento (STM) operando em UHV.

Nossos projetos estão focados em propriedades ópticas e eletrônicas de materiais opticamente ativos (absorvedores e emissores) estudados por Microscopia de Varredura de Tunelamento (STM) associada a um dispositivo óptico de alto desempenho. Este dispositivo, que foi patenteado pela nossa equipe, permite detectar a emissão de luz induzida pela corrente de tunelamento e também a injeção de luz nas proximidades da ponta do STM. Com essa infraestrutura, é possível estudar a morfologia, estrutura eletrônica e emissão de luz de nanoestruturas individuais com alta resolução espacial e espectral. O objetivo do nosso grupo  é atual na interface entre estudos fundamentais de materiais avançados e estudos de propriedades que podem ser relevantes para aplicações tecnológicas (em particular em emissores e absorvedores de luz).

Em particular, trabalhamos com materiais bidimensionais (2D), h-BN e TMDs, e mais recentemente com nanopartículas. Estaremos atentos a problemas tecnologicamente relevantes relativos a materiais que têm potencial aplicação como emissores e absorvedores de luz em dispositivos futuros, como células solares e diodos emissores de luz. Esses problemas incluem a determinação de alinhamentos e bordas de banda, efeitos de substrato, defeitos, alargamento de linha e outros com impacto direto no desempenho do dispositivo.

Nosso microscópio de varredura de tunelamento (foto) tem resolução atômica (isso mesmo, é possível observar átomos individuais), opera em uma pressão de Ultra-Alto-Vácuo (cerca de 10¹⁵ vezes menor que a pressão atmosférica) e em temperatura criogênica (tipicamente 15 Kelvins) através de refrigeração com Hélio Líquido. Não bastasse isso tudo, ele conta com um sistema de detecção de luz de alto desempenho capaz de coletar a luz que os objetos que estamos estudando emitem quando há passagem da corrente túnel.

Nesses projetos, vamos utilizar esse instrumento para estudar a luz emitida por materiais nanoestruturados e assim compreender propriedades óticas desses materiais em conexão com sua morfologia.

• Materiais 2D, como h-BN e TMDs (WSe₂, MoS₂)

Materiais bi-dimentsionais quando em uma única monocamada apresentam propriedades diferentes das encontradas comumente quando em muitas camadas. Um exemplo recente são os TMDs (dicalcogenetos de metais de transição) que podem apresentar inclusive um band-gap direto e boa eficiência quântica quando em uma monocamada. De fato, a busca por novos materiais luminescentes e, em particular, materiais flexíveis trouxe muita atenção para os TMDs e também para o Nitreto de Boro.  

Nesse tópico de pesquisa desejamos estudar a emissão de luz a partir desses materiais e observar defeitos e a luminescência destes.  Para isso utilizaremos luminescência induzida pela corrente túnel dentro de um STM (STML ou STL).  Com esse instrumento teremos alta resolução espacial, resolução espectral suficiente e a capacidade de injetar portadores com diferentes energias através do ajuste da tensão entre a ponta e a amostra.  Veja um dos projetos em andamento sobre esse materiais. 

Como resultado já obtido neste projeto, acima está uma imagem com resolução atômica da superfície de WSe2 juntamente com um espectro mostrando as bandas de valência e condução. 

• Materiais para células solares (painéis fotovoltaicos)

A produção sustentável de energia é um desafio cada vez mais urgente na sociedade moderna. Nesta linha de pesquisa, estudaremos materiais relevantes para a fabricação de células solares. Em particular, nosso objetivo é utilizar as técnicas de que dispomos em nosso grupo (STM, STM e STM-LE) para compreender melhor o papel de cada camada em células solares baseadas em perovskitas e em particular como ocorre o alinhamento de banda dentro de uma células solar baseada nesses materiais. Além disso, iremos estudar a nanopartículas individuais para compreender como sua inomogeneidade pode comprometer as propriedades de uma célula solar baseada em tais partículas. 

As amostras serão preparadas dentro do nosso grupo  de pesquisa ( Laboratório de Pesquisas Fotovoltaicas ) e também em grupos colaboradores ( Laboratório de Nanotecnologia e Energia Solar – IQ-Unicamp). 

• Poços quânticos coloidais 

Uma rota muito utilizada na síntese de poços quânticos é a fabricação através de precursores químicos. Nesse caso o produtor final é uma solução com poços quânticos em suspensão. Com esse método, poços quânticos de diversos materiais podem ser fabricados, em particular poços quânticos de materiais III-V ou perovskitas. O interesse aqui é a capacidade de estudar poços quânticos individuais e revelar dessa forma diferenças entre eles e estruturas finas presentes em cada um que são embaralhadas quando conjuntos são estudados. Veja este artigo recente sobre esse tipo de material.

Como exemplo de resultados já obtidos nesse projeto, estão acima imagens de AFM e de STM dessa amostra indicando que foi gerada uma monocamada dela pela dispersão em uma superfície plana e também um espectro de fotoluminescência obtido a temperatura ambiente. 

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