Data / Hora
Date(s) - 21/08/2025
17:00 - 18:00
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Semicondutores Bidimensionais para Fotodetectores Sensíveis à Polarização
Marcos H. D. Guimarães
Zernike Institute for Advanced Materials, University of Groningen, The Netherlands
21 de agosto – 5a. feira – 17h – sala L776
O avanço contínuo de dispositivos eletrônicos mais rápidos, menores e mais eficientes em termos de energia depende da superação de dois desafios críticos: a ineficiência energética das interconexões e a degradação das propriedades dos dispositivos em dimensões nanométricas. À medida que as dimensões dos dispositivos front-end-of-line continuam a diminuir, as interconexões entre eles também se tornam menores, resultando em áreas transversais reduzidas, o que leva a larguras de banda mais baixas e maior dissipação de calor. Enquanto o desempenho de CPUs e GPUs cresce por um fator de aproximadamente 3 a cada dois anos, a largura de banda das interconexões aumenta apenas por um fator de 1,4. Esse problema é agravado pela necessidade constante de transferência de informações entre as unidades de processamento e armazenamento de dados de um computador — o chamado gargalo de von Neumann. Como consequência, a demanda energética está aumentando de forma alarmante, com projeções indicando que as tecnologias da informação e comunicação (TIC) poderão consumir mais de 20% de toda a energia global até 2030. Além disso, a miniaturização dos dispositivos, agora com tamanhos de componentes da ordem de poucos nanômetros, provoca um declínio acentuado nas propriedades devido a pequenas imperfeições dos materiais, interdifusão de elementos e interfaces relativamente rugosas entre materiais distintos.
Nesta palestra, farei uma introdução ao campo da óptica e da optoeletrônica em semicondutores bidimensionais (2D) e mostrarei como podemos utilizar esses materiais para fabricar detectores de luz sensíveis à polarização¹. Mostrarei como as barreiras de Schottky, formadas nas interfaces metal–semicondutor, podem influenciar significativamente o tempo de resposta e a sensibilidade à polarização em fotodetectores baseados em materiais 2D, e como esses dispositivos podem detectar luz circularmente polarizada. Demonstrarei também como podemos fabricar heteroestruturas laterais 2D por meio de irradiação à laser, convertendo a fase cristalográfica de um semicondutor 2D em um semimetal e viabilizando o desenvolvimento de circuitos totalmente bidimensionais para aplicações optoeletrônicas². Nossos fotodetectores à base de MoTe₂ apresentam melhorias significativas no tempo de resposta e na responsividade, tornando este método uma alternativa viável para circuitos optoeletrônicos com espessura atômica.
Por fim, discutirei como a forte anisotropia cristalina pode ser explorada para ampliar o contraste de polarização na resposta de fotocorrente. Em cristais deste tipo, observamos respostas dicróicas muito mais intensas em medidas de fotocorrente do que nas de refletividade óptica, o que indica que a anisotropia da condutividade desempenha um papel central nessas medidas. Se o tempo permitir, apresentarei também resultados recentes sobre o controle óptico da aniquilação éxciton–éxciton em WSe₂, obtidos por espectroscopia de fotocorrente usando lasers de femtosegundo. Nossos trabalhos abrem caminho para o uso de materiais bidimensionais em futuras tecnologias fotônicas.
Referências
- Quereda, J. et al., “The role of device asymmetries and Schottky barriers on the helicity-dependent photoresponse of 2D phototransistors” NPJ 2D Mater. and Appl. 5, 13 (2021).
- Hidding, J. et al., “Locally Phase-Engineered MoTe2 for Near-Infrared Photodetectors” ACS Photonics 11, 4083 (2024).
- Cordero-Silis, C.A. et al., “Photoelectronic control of transport in antiferromagnetic semiconductor CrPS4” in preparation