Filmes finos de materiais Van der Waals e de ligas de GaAsBi : síntese, caracterização, aplicações e os efeitos de radiação ionizante

Abstract

Desde o surgimento do grafeno, filmes finos de materiais de van der Waals (vdW) têm atraído grande interesse devido ao seu potencial em áreas como nanoeletrônica, catálise, sensores e transdutores. Neste trabalho, desenvolvemos uma técnica inovadora de deposição de filmes finos de vdW em larga escala, a Esfoliação Mecânica Automatizada (EMA). A EMA permite a produção de filmes com alta qualidade cristalina, morfologia uniforme e controle da espessura, como demonstrado através de caracterizações detalhadas por XRD, TEM, SEM, AFM e Espectroscopia Raman. Exploramos a aplicação desses filmes em diversas áreas: eletrocatálise, spintrônica e dipositivos flexiveis. Filmes finos de vdW foram utilizados como eletrodos para a reação de evolução de hidrogênio, apresentando excelente desempenho catalítico. Além disso, investigamos a interface vdW/YIG/GGG para aplicações em spintrônica. Os resultados mostraram a existência de injeção de spin (spin pumping) na interface da heteroestrutura. Também, foram produzidos filmes vdW/ITO/PET os quais permitiram estudar a qualidade da interface sobre substratos flexíveis. Com o objetivo de aprimorar as propriedades dos filmes de vdW, investigamos o efeito da irradiação gama na estrutura e nas propriedades eletrônicas desses materiais. Os filmes finos de NbS2 e as heteroestruturas MoS2/NbS2 exibiram excelente desempenho após a irradiação, atingindo inclinações de Tafel baixas (81 mV/dec e 85 mV/dec, respectivamente), baixos sobrepotenciais iniciais (-56 mV e -24 mV vs RHE, respectivamente), altas densidades de corrente de troca (10,39 µA cm⁻² e 625,2 µA cm⁻², respectivamente) e excelentes frequências de renovação (0,021 s⁻¹ e 0,95 s⁻¹, respectivamente). Os resultados indicam que a irradiação pode aumentar significativamente a atividade catalítica dos filmes de vdW para a reação de evolução de hidrogênio. Finalmente, a partir de caracterizações por XRD, TEM e Raman, foi estudado o efeito da radiação gama nas propriedades elétricas, estruturais e ópticas de ligas de arseneto de gálio dopado com bismuto (GaAsBi) crescidos por Epitaxia por feixe Molecular (MBE) em substratos de GaAs (1 0 0), revelando uma melhora significativa nas suas propriedades ópticas e elétricas. Com isso, pela primeira vez, foi proposta a utilização de GaAsBi como sensores de radiação gama.