Defeitos Carregados em Materiais Bidimensionais

• Processo: 25/10506-6
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de agosto de 2025
• Data de Término da vigência: 31 de julho de 2027
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
• Pesquisador responsável: Matheus Paes Lima
• Beneficiário: Mateus Bazan Peters Querne
• Instituição Sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 24/08610-7 - Defeitos em Materiais de Baixa Dimensão: uma Cooperação Científica Bilateral FAPESP e FWO, AP.R
• Assunto(s): Defeitos pontuais Materiais bidimensionais Teoria do funcional da densidade
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: defeitos pontuais | Materiais bidimensionais | perovskites | teoria do funcional da densidade | Simulação Computacional de Materiais

Resumo

Este projeto visa investigar os defeitos carregados em materiais bidimensionais (2D), com foco em sua formação, estabilidade e impacto nas propriedades optoeletrônicas e excitação-excitônicas. Em materiais tridimensionais (3D), defeitos como vacâncias, intersticiais, discordâncias e contornos de grão são amplamente reconhecidos por sua influência sobre propriedades elétricas, mecânicas e ópticas. No entanto, em materiais 2D, esses defeitos exibem comportamentos distintos devido ao confinamento quântico e à baixa constante dielétrica, demandando abordagens teóricas específicas para sua descrição adequada.Modelar defeitos carregados em materiais 2D representa um desafio, especialmente porque modelos tradicionais como o de Jellium geram divergências eletrostáticas artificiais devido à presença de vácuo nas simulações. Para superar essas limitações, modelos mais realistas vêm sendo desenvolvidos, como a correção por carga de Jellium (Jellium Charge Correction - JCC), que ajusta os cálculos para obter energias de formação de defeitos mais precisas. A validação e a aplicação deste método serão o foco do primeiro objetivo do projeto, que incluirá o estudo da dependência da energia de formação com o tamanho da supercélula e a análise da estabilidade de vacâncias carregadas em diferentes materiais 2D.O segundo eixo do projeto trata da interação entre defeitos carregados e efeitos excitação-excitônicos. Excitons são quase-partículas neutras formadas pela atração eletrostática entre um elétron e uma lacuna (buraco), e seus efeitos são particularmente intensos em materiais 2D. Defeitos pontuais podem localizá-los, levando à emissão de fótons únicos, como observado em materiais como MoS¿ e WSe¿, o que os torna promissores para aplicações em fotônica quântica. Por outro lado, defeitos no meio da banda proibida podem facilitar a dissociação do exciton, favorecendo a geração de portadores livres, o que é desejável para aplicações fotovoltaicas. Este objetivo explorará como defeitos carregados afetam a energia de ligação, a função de onda e o tempo de vida dos excitons em materiais bidimensionais.O terceiro objetivo do projeto estende essas análises às interfaces entre materiais 2D e perovskitas, onde defeitos carregados podem impactar significativamente o desempenho de dispositivos optoeletrônicos. Serão investigados o papel desses defeitos na transferência de carga entre os materiais e sua influência na estabilidade das interfaces. Espera-se identificar estratégias teóricas para mitigação de efeitos deletérios desses defeitos, visando à melhoria da eficiência e robustez de dispositivos.Este projeto adota uma abordagem abrangente que combina fundamentos teóricos com aplicações tecnológicas, promovendo avanços no entendimento de defeitos carregados em materiais 2D e suas interfaces com perovskitas. Os resultados contribuirão para o desenvolvimento de materiais mais eficientes e estáveis para aplicações em eletrônica, fotônica e energia.O bolsista de pós-doutorado terá papel ativo na execução do projeto e no apoio a estudantes de doutorado, promovendo a troca de conhecimento no grupo de pesquisa. O projeto também contará com colaborações internacionais estratégicas com o grupo do Prof. Juarez L. F. da Silva no Instituto de Química de São Carlos - Universidade de São Paulo, e com o grupo do Prof. Dirk Lamoen na Universidade de Antuérpia, Bélgica. Essas parcerias fortalecerão os resultados científicos e fundamentarão uma proposta de estágio de pesquisa no exterior (BEPE-FAPESP), consolidando a cooperação internacional. (AU)