Laboratório de Nanoscopia-UHV

MODULAÇÃO DA ESTRUTURA ELETRÔNICA DE ISOLANTES TOPOLÓGICOS POR ARRANJOS DE MOLÉCULAS ORGÂNICAS PLANARES

Nosso projeto principal tem como objetivo o estudo de modificações na estrutura eletrônica de isolantes topológicos (ITs) como grafeno, Bi2Te3, MoS2 e demais materiais bidimensionais após a deposição de monocamadas e filmes ordenados de moléculas orgânicas. Trabalhos recentes têm sugerido a utilização de moléculas com arranjos periódicos para modular o potencial eletrônico de materiais bidimensionais, criando direções preferenciais para condução eletrônica, por exemplo. Contamos com equipamentos de Microscopia de Tunelamento por Varredura (STM) em condições de ultra-alto vácuo com baixas temperaturas (20K) e em condição ambiente, capazes de sondar as interações molécula-superfície e realizar medidas de espectroscopia (STS) local.

Pelo fato de que moléculas possam ser depositadas (adsorvidas) e removidas (dessorvidas) das superfícies de interesse, pode-se criar sistemas com propriedades reversíveis. O resultado deste processo se assemelha à dopagem química de isolantes topológicos. Dispositivos híbridos como transistores orgânicos com camadas de grafeno também têm sido estudados com sucesso e poderão ser fabricados em nosso sistema. A longo prazo, o estudo de porfirinas em TIs almeja a construção de dispositivos de spintrônica, para aplicações em computação quântica.

Linhas de Pesquisa

Estudo das interações eletrônicas molécula-IT.

Em isolantes topológicos bidimensionais a interação entre moléculas planares como ftalocianinas e porfirinas com as camadas de materiais bidimensionais como o grafeno podem gerar modificações na densidade de estados local, alterando propriedades eletrônicas de interesse para a fabricação de novos dispositivos. Em particular, o arranjo periódico de moléculas em superfícies de grafeno é capaz de gerar distorções nos cones de Dirac, causando anisotropias na dispersão de energias e, consequentemente, dando origem a canais preferenciais para condução de elétrons e injeção de spin [1]. Por fim, pode-se utilizar um equipamento de STM para manipulação de moléculas individuais ou de arranjos moleculares mais complexos, mesmo a temperatura ambiente, permitindo mediar, modificar e avaliar quantitativamente a intensidade de interações entre moléculas e substrato [2].

Estudo de auto-organização molecular em mono- e multicamadas orgânicas em ITs.

A auto-organização de porfirinas é um fenômeno conhecido, podendo apresentar-se em arranjos retangulares, triangulares ou até mesmo de rede de Kagome [3]. Este aspecto será usado na preparação de dispositivos.

Fabricação de dispositivos híbridos IT-orgânicos.

A interação de porfirinas com nanoestruturas tem sido investigada, tendo resultados promissores em diversas áreas aplicadas, como dispositivos fotovoltaicos, nanoeletrônica e nanomedicina [4]. Dentre os dispositivos de nosso interesse destacamos neste projeto a fabricação de memristores, de dispositivos à base de grafeno e nanotubos de carbono, e de transistores orgânicos

Referências:

[1] Cheol-H. Park, Li Yang, Young-W. Son, Marvin L. Cohen & Steven G. Louie. Anisotropic behaviours of massless Dirac fermions in graphene under periodic potentials. Nature Physics 4, 213 – 217 (2008).

[2] Gustavo de A. M. Sáfar; Angelo Malachias; Rogerio Magalhães-Paniago; Dayse C. da S. Martins; Ynara M. Idemori. Unravelling the molecular structure and packing of a planar molecule by combining nuclear magnetic resonance and scanning tunneling microscopy. PCCP. Physical Chemistry Chemical Physics (Print), v. 15, p. 20691-20697, 2013.

[3] Shi, Ziliang, Nian Lin. Porphyrin-based two-dimensional coordination Kagome lattice self-assembled on a Au (111) surface. Journal of the American Chemical Society 131,15m, 5376-5377 (2009).

[4] Gustavo de A. M. Sáfar; Dayse C. da S. Martins; Gison DeFreitas-Silva; Júlio S. Rebouças; Ynara M. Idemori ; Ariete Righi . Interactions of porphyrins and single walled carbon nanotubes: A fine duet. Synthetic Metals, v. 193, p. 64-70, 2014.

Equipe do Laboratório de Nanoscopia-UHV

Equipe

  • Lucas Átila Bernardes Marçal (Doutorado)
  • Bárbara Luiza Teixeira Rosa (Doutorado)
  • Gilberto Júnior (Doutorado)
  • Pedro Henrique Rezende Gonçalves (Doutorado)
  • Thaís Chagas Peixoto Silva (Doutorado)
  • Lorena Aarão Rodrigues (Mestrado)
  • Gabriel Arthur da Silva Duarte (Mestrado)
  • Luan Calil de Almeida Araújo (IC)
  • Otávio Alonso Freire Alves (IC)
  • Eduardo Campos (IC)
  • Everton Pereira Andrade (IC)
  • Maria Victoria Heiderick Machado (IC)

Publicações Relevantes

  • TitleZhou, T. ; Renaud, G. ; Revenant, C. ; Issartel, J. ; Schülli, T. ; Felici, R. ; Malachias, A. Atomic structure and composition of the 2 N reconstruction of the Ge wetting layer on Si(001) investigated by surface x-ray diffraction. Physical Review. B, Condensed Matter and Materials Physics, v. 83, p. 195426, 2011.

  • TitleSÁFAR, G. A. M. ; Malachias, A. ; Magalhães-Paniago, R. ; MARINHO, M. V. ; STUMPF, H. O. Modifying the Density of States of Single-Walled Carbon Nanotubes by Reversible Wrapping with Organometallic Nanofoils: A Scanning Tunneling Spectroscopy Study. Journal of Physical Chemistry. C. (Online), v. 116, p. 121121110837005, 2012.

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