Emissão de luz induzida por Microscopia de Varredura de Tunelamento: associando imageamento e espectroscopia na nanoescala

Dentre as intrigantes e relevantes consequências do caráter quântico do mundo na escala manométrica está o fenômeno de tunelamento. Tal fenômeno pode ser compreendido como o transporte de um elétron através de uma barreira alta demais para ele atravessar com a energia que tem. Dentre as aplicações deste fenômeno, estão o diodo de tunelamento e o microscópio varredura de tunelamento (STM), ambos reconhecidos com o Prêmio Nobel em Física. Em particular, o STM explora o efeito movimentando uma ponta metálica atomicamente aguda nas imediações de uma superfície e, através de uma eletrônica de controle de corrente e aparatos de controle de posição, mapeando a superfície. Tal mapeamento, entretanto, não se refere à topografia, mas a densidade de estados local (LDOS) e, portanto, depende da estrutura eletrônica da superfície. Além disso, os elétrons que tunelam para banda de condução da amostra podem posteriormente se recombinar radiativamente e emitir luz de forma bastante local (potencialmente vindo de uma região tão pequena quanto um único átomo).

Neste seminário, os resultados obtidos durante os primeiros 3 semestres depois da instalação de um STM em nosso grupo serão apresentados. Este equipamento é capaz de operar em regime de Ultra Alto Vácuo (~10^-8 Pa) e baixas temperaturas (12 K) e conta com um sistema para injeção e coleção de luz. Até agora, foi possível realizar medidas da reconstrução da superfície 7x7 do silício 111 (veja a figura), observar defeitos individuais em WSe₂, registrar a luz emitida por partículas de prata e fazer medidas de fotoluminescência dentro do STM. Recentemente, obtivemos o primeiro espectro emitido por um semicondutor ao ser excitado pela corrente de tunelamento do microscópio. Como mostraremos, este sistema é um playground de experimentos de física envolvendo a estrutura eletrônica e emissão de luz de nanoestruturas que podem ser exploradas em alta resolução espacial pelo STM.