Uma pesquisa desenvolvida nos Departamentos de Física Aplicada (DFA) e Física da Matéria Condensada (DFMC) do Instituto de Física Gleb Wataghin (UNICAMP) e no Laboratório Nacional de Nanotecnologia, do CNPEM, sobre novos aspectos na síntese de nanomateriais semicondutores foi publicada recentemente no prestigiado periódico Nano Letters. O estudo é parte do trabalho de mestrado e doutorado do estudante Bruno César da Silva, atualmente orientado pela professora Mônica Alonso Cotta e coorientado pelo professor Fernando Iikawa.

Novas propriedades e funcionalidades têm sido obtidas em materiais extensivamente estudados nas últimas décadas, explorando sua síntese na nanoescala. Nos últimos 20 anos, estudos em nanofios semicondutores de compostos III-V abordam desde a pesquisa básica, buscando entender seus mecanismos de crescimento, até a construção de dispositivos mais eficientes como células fotovoltaicas, emissores de luz de estado sólido, etc. Para isto, é geralmente empregado o método de crescimento conhecido como Vapor-Líquido-Sólido (VLS), que consiste no uso de nanopartículas metálicas depositadas sobre um substrato e expostas aos materiais de interesse na fase vapor. Este procedimento pode ser realizado a partir de técnicas de crescimento epitaxial de filmes finos semicondutores, como a epitaxia por feixe químico, utilizada pelos autores no laboratório do Departamento de Física Aplicada sob responsabilidade da Profa. Mônica Cotta. No entanto, o controle da morfologia é limitado a um formato cônico ou cilíndrico dependendo do tamanho da partícula catalisadora e das condições de crescimento. Atualmente, a busca por morfologias alternativas à de nanofios tem sido usada como uma rota para buscar desempenhos melhores aos já demonstrados para dispositivos neles baseados. Por isso, muitos esforços têm sido aplicados para desenvolver métodos que permitam um controle maior sobre a morfologia de nanoestruturas autoformadas a partir de nanopartículas metálicas.

No trabalho publicado no Nano Letters, os autores exploraram o fato que a nanopartícula catalisadora de ouro sobre superfícies III-V pode se tornar instável mecanicamente após um tratamento térmico. O movimento espontâneo observado pode criar uma rota para um processo de engenharia de superfície in situ como, por exemplo, a remoção localizada do óxido da superfície do substrato, formando uma máscara na nanoescala, um método similar ao de epitaxia de área seletiva, que é obtido via processos de litografia, em geral mais complexos. O trabalho de Bruno demonstra a prova de conceito desta ideia. Nele, demonstra-se pela primeira vez que o movimento espontâneo termoativado da nanopartícula catalisadora de ouro pode ser utilizado para alterar as condições de crescimento. O papel da instabilidade da nanopartícula é explorado em detalhes para o crescimento dos nanofios; o movimento da partícula depende das condições do tratamento térmico e qualidade da superfície do substrato. Com isso, áreas de deposição preferencial são criadas que, junto com o crescimento simultâneo do nanofio por VLS, gera estruturas que podem ter suas dimensões ajustadas para morfologias totalmente diferentes do formato cônico ou cilíndrico de nanofios catalisados por nanopartícula metálicas até o momento. Esse efeito foi demonstrado para o Fosfeto de Gálio (GaP) na fase hexagonal – que só aparece na nanoescala – e com alta qualidade cristalina. Este material tem atraído a atenção da comunidade científica pelas suas potencialidades como emissor de luz verde mais eficiente, produção de hidrogênio via water splitting e como base para a síntese de silício na fase hexagonal, por exemplo. As morfologias obtidas por Bruno poderiam ainda ser utilizadas para minimizar perdas por reflexão em camadas antirreflexo em células solares multi-junção, por exemplo.

O artigo de Bruno, publicado no Nano Letters, pode ser encontrado aqui:
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.7b02770