Pesquisadores da BESSY II verificaram experimentalmente que cadeias de fósforo auto-montadas em uma superfície de prata exibem propriedades eletrônicas verdadeiramente unidimensionais. Ao separar sinais de cadeias alinhadas em direções diferentes, a equipe revelou a estrutura de elétrons unidimensional distinta de cada cadeia. As descobertas sugerem que aumentar a densidade das cadeias pode mudar o material de semicondutor para comportamento metálico.
Pesquisadores da BESSY II, uma instalação de radiação de sincrotron, confirmaram pela primeira vez experimentalmente que cadeias curtas de átomos de fósforo podem hospedar comportamento eletrônico genuinamente unidimensional. Essas cadeias se auto-montam em um substrato de prata sob condições controladas, formando linhas retas em três direções distintas separadas por ângulos de 120 graus. Embora as cadeias pareçam estruturalmente unidimensionais, interações laterais potenciais entre cadeias vizinhas haviam levantado questões anteriormente sobre suas propriedades eletrônicas. Para investigar, Dr. Andrei Varykhalov e colegas usaram um microscópio de tunelamento de varredura criogênico para criar e imagem as cadeias de fósforo. Em seguida, empregaram espectroscopia fotoeletrônica resolvida por ângulo (ARPES) na BESSY II para mapear a estrutura eletrônica. «Alcançamos resultados de altíssima qualidade, permitindo-nos observar ondas estacionárias de elétrons se formando entre as cadeias», diz Varykhalov. Ao desembaraçar cuidadosamente os sinais dos três domínios de cadeias orientados de forma diferente, Dr. Maxim Krivenkov e Dra. Maryam Sajedi isolaram a assinatura eletrônica de cada cadeia. Esta análise demonstrou que os elétrons estão confinados a uma única dimensão dentro de cadeias individuais. «Por meio de uma avaliação muito minuciosa das medições na BESSY II, agora mostramos que tais cadeias de fósforo realmente possuem uma estrutura eletrônica unidimensional», diz o Professor Oliver Rader, chefe do departamento de Spin e Topologia em Materiais Quânticos do HZB. Além disso, «Pudemos desembaraçar os sinais ARPES desses domínios e assim demonstrar que essas cadeias de fósforo 1D realmente possuem uma estrutura de elétrons 1D muito distinta», acrescenta Krivenkov. Cálculos de teoria do funcional de densidade suportam esses resultados e preveem uma transição de fase: quando as cadeias estão mais afastadas, o material se comporta como semicondutor, mas um empacotamento mais apertado em uma matriz bidimensional o tornaria metálico. O estudo abre novas avenidas na ciência dos materiais, particularmente para estruturas unidimensionais derivadas de materiais bidimensionais como a fosforeno. «Entramos em um novo campo de pesquisa aqui, território inexplorado onde muitas descobertas empolgantes provavelmente serão feitas», diz Varykhalov. A pesquisa aparece em Small Structures (2025; 6(12)), DOI: 10.1002/sstr.202500458.
