Tese de Doutorado #156: Luiz Cançado

Raman Spectroscopy of Nanographites

Autor: Luiz Gustavo de Oliveira Lopes Cançado

Banca Avaliadora

Marcos Assunção Pimenta (orientador), Física

UFMG

Ado Jório de Vasconcelos (coorientador), Física

UFMG

José Francisco de Sampaio, Física

UFMG

Roberto Luiz Moreira, Física

UFMG

Ricardo Wagner Nunes, Física

UFMG

Mildred S. Dresselhaus

MIT/USA

Riichiro Saito

Tohoku University/Japão

Orientadores

Marcos Assunção Pimenta (orientador)

Departamento de Física - UFMG

Ado Jório de Vasconcelos (coorientador)

Departamento de Física - UFMG,

Resumo do Trabalho

Este trabalho apresenta a aplicação da espectroscopia Raman no estudo e caracterização de nanografites. Mostramos aqui o primeiro experimento onde fitas de nanografite foram detectadas sobre um substrato de grafite pirolítico altamente orientado através de espectroscopia Raman. Encontramos uma maneira de diferenciar os sinais Raman provenientes da fita e do substrato, sendo o sinal obtido da fita de mesma ordem de magnitude daquele obtido do substrato, apesar de a quantidade de átomos de carbono iluminados pelo laser ser muito menor (~10-3). Os resultados mostram que estas estruturas apresentam singularidades de van Hove na densidade de estados eletrônicos devido ao confinamento quântico proveniente de sua estrutura 1D. Em outro experimento, utilizamos o espalhamento micro Raman para determinar o arranjo cristalino dos átomos de carbono nas proximidades de uma borda de grafite. A borda de um plano semi-infinito pode ser considerada como um defeito unidimensional, acarretando em um processo não usual de espalhamento Raman induzido por defeito, que é seletivo à estrutura da borda. Neste caso, o espalhamento Raman ode ser utilizado para definir a orientação dos hexágonos de carbono em relação às bordas do plano de grafite, em configurações chamadas de armchair (cadeira de braço) e zigzag. Estes foram os primeiros experimentos nos quais foi detectada a anisotropia na absorção óptica no grafite, confirmando as previsões teóricas. Apresentamos também um estudo sistemático da razão entre as intensidades integradas da banda induzida pela desordem D e da banda permitida em primeira ordem G (ID / IG), em amostras de nanografite com diferentes tamanhos de cristalitos, no qual as amostras foram excitadas com linhas de laser de diferentes energias (comprimentos de onda). Os tamanhos de cristalito La das amostras foram obtidos através de difração de raios x utilizando radiação síncrotron e também por observação direta através de imagens de microscopia de varredura por tunelamento de elétrons. Baseando-se na comparação entre os resultados obtidos, estabelecemos uma equação que permite medir o tamanho do cristalito La através de espalhamento Raman utilizando qualquer energia de laser na faixa do visível. Além disso, medimos as intensidades absolutas de espalhamento Raman para as principais bandas presentes nos espectros Raman de nanografites, obtendo a dependência da intensidade absoluta de cada banda com a energia do laser e o tamanho de cristalito.