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TRABALHO DE MESTRADO DO IFGW DESVENDA ESTRUTURA ATÔMICA DE METAIS INTERCALADOS EM GRAFENO EPITAXIAL

O grafeno, folha com espessura atômica formada por átomos de carbono, vem sendo intensamente estudado, tanto do ponto de vista das suas propriedades fundamentais como em aplicações, devido às suas espetaculares propriedades eletrônicas, mecânicas e térmicas. O estudo deste material abriu uma nova área de pesquisa em materiais rendendo inclusive o Prêmio Nobel de Física de 2010 a Andre Geim e Konstantin Novoselov. Apesar das notáveis propriedades do grafeno, algumas características intrínsecas do material apresentam obstáculos para algumas aplicações. Por exemplo, o grafeno é um semicondutor de “gap nulo”, o qual dificulta sua utilização em dispositivos semicondutores. Inúmeras estratégias de funcionalização do grafeno para aplicações específicas foram sugeridas e aplicadas. Pela intercalação atômica, é possível suspender a folha de grafeno crescido epitaxialmente sobre metais de transição.  Dependendo do elemento intercalado ainda é possível induzir a abertura de gap e dopar o material tipo “p” ou “n”. Ainda, se o elemento de intercalação for Fe, Ni, ou Co é possível pensar em explorar as novas propriedades magnéticas para a construção de dispositivos voltados com aplicações em “spintrônica”, por exemplo.

Neste sentido, o Grupo de Física de Superfícies (GFS) do IFGW tem estudado em detalhe a estrutura atômica de grafeno epitaxial e os mecanismos de intercalação de metais. Um primeiro trabalho publicado na conceituada revista Chemistry of Materials em 2014, explorou a intercalação de átomos de cobalto em grafeno crescido epitaxialmente sobre SiC(0001). Devido às características únicas do grafeno crescido sobre SiC(0001) os átomos de Co formam nanoaglomerados 2D periódicos (em duas dimensões) “sanduichados” entre duas folhas de grafeno. No trabalho recentemente publicado na edição de Setembro 2018 da Chemistry of Materials, explorou-se os mecanismos de intercalação de ferro no grafeno crescido epitaxialmente sobre Ir(111). O trabalho foi parte da dissertação de mestrado de Rodrigo Cezar de Campos Ferreira sob orientação do Prof. Dr. Abner de Siervo (DFA-IFGW). A investigação utilizou uma abordagem de múltiplas técnicas experimentais e suporte de simulações teóricas, o que possibilitou a obtenção de resultados inéditos na literatura.  Medidas de microscopia eletrônica de tunelamento de elétrons (STM) realizadas no DFA combinadas com espectroscopia de alta resolução de fotoelétrons excitados por raios X, permitiram mostrar que é possível controlar o processo de intercalação de Fe sob o grafeno utilizando a temperatura. Após intercalação, a folha de grafeno funciona como uma barreira protetora que evita, em condições moderadas de temperatura e pressão, a oxidação do filme bidimensional de Fe situado entre o grafeno e o suporte de Ir(111). Adicionalmente, os resultados experimentais mostraram que o filme de Fe intercalado induz uma grande corrugação da folha de grafeno. Esta corrugação se deve à diferença de parâmetro de rede entre a estrutura do grafeno e do filme de ferro, além da forte interação entre átomos de C e Fe. Devido o descasamento dos parâmetros de rede, algumas regiões apresentam maior interação entre átomos de C e Fe do que outras, gerando regiões onde os átomos de C estão fisicamente mais próximos do substrato e em outras mais distantes. Este tipo de estrutura corrugada já era conhecido para outros sistemas de grafeno epitaxial, no entanto, o seu estudo havia sido realizado apenas por métodos teóricos. De forma inédita, o trabalho utilizou a técnica de difração de fotoelétrons (XPD ou PED) realizadas no LNLS e simulações teóricas realizadas pelo colaborador do trabalho, Prof. Dr. Luis Henrique de Lima (UFABC), para determinar experimentalmente a estrutura atômica com especificidade química.

Leia mais em:

Unraveling the Atomic Structure of Fe Intercalated under Graphene on Ir(111): A Multitechnique Approach

Rodrigo Cezar de Campos Ferreira, Luis Henrique de Lima, Lucas Barreto, Caio C. Silva, Richard Landers, and Abner de Siervo

Chemistry of Materials 2018 30 (20), 7201-7210

DOI: 10.1021/acs.chemmater.8b03186  

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