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Síntese na superfície de materiais de baixa dimensão de camada única e propriedades ajustáveis: entendendo sua integridade química, propriedades vibracionais, eletrônicas, e de spin

Processo: 22/12929-3
Modalidade de apoio:Auxílio à Pesquisa - Temático
Vigência: 01 de agosto de 2023 - 31 de julho de 2027
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
Convênio/Acordo: Swiss National Science Foundation (SNSF)
Pesquisador responsável:Abner de Siervo
Beneficiário:Abner de Siervo
Pesq. responsável no exterior: Thomas A Jung
Instituição no exterior: Paul Scherrer Institute (PSI), Suíça
Instituição Sede: Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
Pesquisadores principais:
Júlio Criginski Cezar
Pesquisadores associados: Alejandro Perez Paz ; Duncan John Mowbray ; Lucas Almeida Miranda Barreto ; Luis Henrique de Lima ; Wendell Simões e Silva
Auxílios(s) vinculado(s):23/11179-3 - EMU concedido no processo 22/12929-3: microscópio de ultra-alto vácuo e criogênio de ponta de prova equipado com STM, nc-AFM e TERS, AP.EMU
Bolsa(s) vinculada(s):24/07409-6 - Desvendando a estrutura eletrônica e magnética de redes artificiais de spin organometálicas, BP.DD
24/05807-4 - Interação magnetoelétrica extrínseca entre monocamadas bidimensionais e superfícies ferroelétricas, BP.DD
Assunto(s):Microscopia de força atômica  Microscopia de tunelamento  Radiação síncrotron  Superfícies 
Palavra(s)-Chave do Pesquisador:C-nanoribbons | nc-Atomic Force Microcopy | On-surface reactions | porous organic networks | Scanning Tunneling Microscopy (STM) | synchrotron based-spectrocopy | Surface Science

Resumo

O projeto de pesquisa conjunta visa investigar montagens supramoleculares e reativas de redes/cadeias moleculares na superfície com diferentes ligantes químicos controlando a estrutura e a topologia. Além da montagem reativa, investigaremos o surgimento de estados cooperativos de elétrons e spins. Esses sistemas fornecem novas alternativas ajustáveis para folhas únicas de grafeno ou nanofitas de carbono. Eles são sistemas modelo ideais para obter uma visão mais profunda da correlação estrutura-propriedade de folhas, redes e cadeias isoladas e sua interação eletrônica/spin com substratos. Para atingir esses objetivos, o consórcio combinará técnicas de microscopia/espectroscopia de sonda local (resolução atômica e de ligações moleculares únicas) e espectroscopia baseada em síncrotron, por exemplo, espectroscopias de fotoelétron e absorção de raios-x, para investigar a montagem e a síntese química sobre superfícies de monocamadas /cadeia de materiais suportados em superfície. Usaremos precursores e substratos selecionados para explorar i) derivados de tris-piridil-benzeno ajustáveis por tamanho e ii) ligantes lineares como 2,7,11,16-tetrabromotetrabenzo[a,c,h,j]fenazina (TBTBP) facilitando formação de cadeia covalentes após conversão térmica de cadeias organometálicas usando diferentes centros de coordenação de ligação. Atualmente, um corpo significativo de trabalho está surgindo a partir da descoberta de grafeno, nanofitas de carbono, e outros compostos relacionados ao grafeno ou baseados em C e suas emergentes propriedades eletrônicas. Os proponentes devem investigar a montagem e caracterização de análogos estruturais ao grafeno para ajustar propriedades estruturais com as da eletrônica/spin. Especificamente, investigaremos o ajuste de parâmetros de tamanho/comprimento característicos e dimensionalidade e iremos comparar estruturas com simetria triangular e quadrada (planares) versus blocos de construção moleculares lineares. Nosso objetivo é modificar a ligação química e a topologia da rede para induzir propriedades emergentes como localização de spin, frustração e novos estados eletrônicos deslocalizados e estruturas de banda. A química supramolecular e de coordenação para a engenharia de cadeias e camadas/redes porosas de baixa dimensão será liderada pelo grupo da UNICAMP. Redes porosas serão usadas como poros para reações na superfície e investigaremos a reatividade sítio-específica e reconhecimento de forma dos poros de diferentes tamanhos. Também exploraremos a ligação química dos componentes da rede e ligantes/adsorbatos por microscopia de força atômica sem contato (nc-AFM) e microscopia/espectroscopia de tunelamento de varredura (STM/STS) em combinação com espectroscopia vibracional - Tip-Enhanced Raman spectroscopy (TERS) -- obtido com a instrumentação presente no grupo bem como com a nova máquina LT-SPM/TERS que deverá ser adquirida dentro deste projeto. A correlação espectro-microscópica de materiais de baixa dimensão ajustáveis fornecida pelo parceiro da UNICAMP será complementada com técnicas baseadas em síncrotron dos parceiros do SLS/PSI e SIRIUS/CNPEM. Além do caso científico, este projeto também traz para a UNICAMP e o SIRIUS no Estado de SP uma posição de liderança única em ciência e tecnologia de nanomateriais. Assim, grandes oportunidades se abrem em pesquisa científica e educação, pois o acesso é compartilhado entre especialistas de seis instituições afiliadas e compõem uma plataforma para alunos de pós-graduação obter exposição em uma área atraente e relevante para a aplicação e indústria de alta tecnologia. Por último, mas não menos importante, o projeto contribuirá com a fase de comissionamento de linhas de luz do SIRIUS. O nível internacional de excelência do projeto é uma grande oportunidade para estudantes talentosos e consolida a liderança de São Paulo no Brasil e do Brasil na América Latina como uma sociedade mais avançada e baseada em tecnológica. (AU)

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