26/09/14 Artigo em destaque: Medidas de luminescncia para
identificar defeitos de filmes finos de xido de zinco. | SBPMat
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Artigo em destaque: Medidas de luminescncia para identificar
defeitos defilmes finos de xido de zinco.
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O artigo cientfico com participao de membros da comunidade
brasileira de pesquisa em Materiais emdestaque neste ms :Fernando
Stavale, Niklas Nilius, and Hans-Joachim Freund. STM Luminescence
Spectroscopy ofIntrinsic Defects in ZnO(0001) Thin Films. J. Phys.
Chem. Lett., 2013, 4 (22), pp 39723976.DOI: 10.1021/jz401823c.Texto
de divulgao: Medidas de luminescncia para identificar defeitos de
filmes finos
de xido de zinco.O xido de zinco (ZnO) um material muito
presente na vida cotidiana. Pode ser encontrado emparafusos, em
protetores solares,em catalisadores para a sntese de metanol e em
dispositivosoptoeletrnicos sofisticados, como telas flexveis para
computadores, citando apenas algunsexemplos. Entretanto, para
viabilizar algumas aplicaes promissoras, como transistores e
novosdispositivos, importante controlar as propriedades eltricas
desse semicondutor, as quais estorelacionadas com defeitos pontuais
na sua estrutura atmica.Nesse contexto, trs cientistas ligados a
instituies da Alemanha e do Brasil realizaram umaidentificao dos
defeitos pontuais de filmes de xido de zinco por meio de uma
abordagem original,aproveitando a capacidade luminescente (emisso
de luz no provocada pelo aquecimento do material)do xido de zinco.
Os pesquisadores prepararam filmes finos de xido de zinco com
diferentes tipos equantidades de defeitos pontuais.
Sistematicamente, os cientistas foram medindo a luminescncia decada
um dos filmes e, dessa maneira, conseguiram relacionar picos nas
medidas de emisso comdiversos tipos de defeitos na rede cristalina.
Os resultados do trabalho foram publicados noperidico The Journal
of Physical Chemistry Letters (JPCL).Neste estudo, crescemos filmes
ultrafinos de xido de zinco de alta qualidade e alteramos
aquantidade de defeitos pontuais utilizando desoro trmica,
foto-desoro induzida por laser ereduo por tratamentos em atmosfera
controlada de hidrognio, detalha FernandoStavale, pesquisador do
Centro Brasileiro de Pesquisas Fsicas (CBPF)que assina o artigo
comoprimeiro autor.A tcnica de caracterizaoPara realizar os
experimentos, os cientistas utilizaram um microscpio de varredura
por tunelamento(STM, na sigla em ingls) em ultra-vcuo com algumas
particularidades destinadas gerar aluminescncia, coletar os ftons
emitidos e obter as medidas (os espectros) de luminescncia. Comessa
configurao, o STM chamado de fton-microscpio de tunelamento. De
acordo com Stavale, umdos grandes expoentes no desenvolvimento e
aplicao dessa tcnica o professor Niklas Nilius,autor para
correspondncia do artigo do JPCL com quem Stavale trabalhou
diretamente durante trsanos em seu ps-doutorado no Instituto
Fritz-Haber da Sociedade Max-Planck, em Berlim, maisprecisamente no
departamento de Fsica Qumica liderado pelo professor Hans-Joachim
Freund, ltimoautor do artigo do JPCL. O fton-microscpio de
tunelamento tem sido empregado de forma pioneirana caracterizao de
xidos metlicos no departamento dirigido pelo professor Freund,
comentaStavale. A tcnica ainda pouco utilizada no Brasil e parte
fundamental dos projetos quedesenvolvo atualmente no meu grupo de
pesquisa no CBPF, localizado no Rio de Janeiro, finaliza.Uma
caracterstica fundamental do fton-microscpio de tunelamento a
utilizao dos eltronsemitidos pela ponta do STM para excitar as
amostras e, no caso do xido de zinco, gerar aluminescncia desejada.
Esse fenmeno de emisso de luz gerada pelo impacto de eltrons sobre
omaterial chamado de catdo-luminescncia.
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Esquema do experimento, no qual pode ser observada, na foto, a
ponta do microscpio de tunelamentoexcitando o filme de xido de
zinco. O grfico inserido mostra um espectro de ctodo-luminescnciado
xido. Ao fundo, a imagem de microscopia de tunelamento de um filme
de xido de zinco comespessura de 20 camadas (~5 nm), mostra degraus
monoatmicos e defeitos pontuais contidos nasuperfcie do filme. As
vacncias de oxignio e zinco, defeitos pontuais, correspondem s
reasindicadas pelas setas. As reas escuras com forma hexagonal
correspondem a regies onde o filme descontnuo com profundidade de
at 8 camadas atmicas.Esse trabalho sistemtico permitiu aos
cientistas afirmar que alguns picos dos espectros deluminescncia do
xido de zinco so devidos a defeitos como vacncias de oxignio e de
zinco (pontosda rede cristalina nos quais, no lugar dos tomos de
oxignio ou zinco que seriam esperados,existem vagas). Esses
defeitos pontuais esto relacionados s propriedades
eltricasgeralmente observadas no xido de zinco, como dopagem do
tipo-n, acrescenta Stavale.O contexto do trabalhoOs experimentos do
artigo no JPCL foram concebidos e realizados pelo brasileiro
Fernando Stavale em2012 durante seu ltimo ano de ps-doutorado no
grupo do professor Nilius, no no Instituto Fritz-Haber da Sociedade
Max-Planck. Stavale chegou a esse grupo em 2010 com uma bolsa da
FundaoHumboldt, da Alemanha. Em um perodo de trs anos investigamos
pela primeira vez o papel dediversos dopantes, como cromo, eurpio e
ltio em xidos de magnsio e zinco, combinando filmesultrafinos
crescidos em ultra-alto vcuo com microscopia de tunelamento e
catdo-luminescncia local, conta Stavale sobre seus estudos do
ps-doutorado.A interpretao dos resultados e a redao do artigo do
JPCL foram realizados em 2013, quandoFernando Stavale j havia
assumido seu cargo de pesquisador no CBPF e Niklas Nilius, sua
posio deprofessor na Universidade de Oldenburgo, na Alemanha.
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