Eletrônica

Descoberto novo tipo de silício

Descoberto silício adequado para células solares e LEDs
A estrutura porosa do Si24 permite que átomos de sódio (amarelo), lítio (verde) e até moléculas de água se difundam pelo material, abrindo a possibilidade de aplicações em armazenamento de energia e filtragem em escala molecular. [Imagem: Duck Young Kim]

Banda proibida

O silício é o segundo elemento mais abundante na crosta terrestre - o primeiro é o oxigênio - e está para a tecnologia assim como o carbono está para a biologia.

Assim, não deixa de ser surpreendente que Duck Young Kim e seus colegas da Instituição Carnegie, nos Estados Unidos, tenham conseguido sintetizar uma forma inteiramente nova de silício.

O silício que eles criaram é um chamado alótropo, uma forma física diferente de um mesmo elemento, da mesma maneira que o diamante e o grafite são duas formas alotrópicas do carbono. O novo alótropo do silício, chamado Silício-24 (Si24), possui uma interessante estrutura porosa, similar à das zeólitas, composta por canais com cinco, seis e oito anéis de silício.

O grande diferencial do Si24 é que ele possui um hiato de energia (bandgap) mais direto do que o silício comum. Essa bandgap, ou banda proibida, é a energia necessária para que o semicondutor transicione de isolante a condutor.

O silício normal possui uma banda proibida indireta, o que impede que ele naturalmente absorva ou emita luz. Isto tem feito com que componentes para aplicações futuras - LEDs, células solares e transistores de alto desempenho, além de componentes para processadores fotônicos - estejam sendo desenvolvidos com outros materiais, a maioria mais exóticos e mais caros.

Já existem técnicas para fazer o silício emitir luz, mas usando uma mesclagem com outros materiais.

Descoberto silício adequado para células solares e LEDs
O novo tipo de silício é estável a temperatura e pressão ambiente, o que abre a possibilidade de sua produção em larga escala. [Imagem: Timothy Strobel]

Materiais energéticos

O Si24 possui uma banda proibida "quase-direta", o que significa que ele opera na faixa necessária para a absorção da luz solar, além de potencialmente poder emitir luz. O novo silício é estável a pressão ambiente até pelo menos 450 graus Celsius.

O próximo passo será testar experimentalmente o novo silício para verificar se suas potencialidades se transformam em dispositivos práticos e eficientes.

A equipe que sintetizou o material, contudo, está mais entusiasmada com seu próprio método de síntese, que poderá ser aplicado para desenvolver outros materiais com propriedades interessantes.

"A síntese de alta pressão representa uma fronteira inteiramente nova em novos materiais energéticos," disse o professor Timothy Strobel. "Nós demonstramos propriedades até então desconhecidas para o silício, mas a nossa metodologia é facilmente extensível a classes de materiais inteiramente diferentes. Estas novas estruturas mantêm-se estáveis a pressão atmosférica, de forma que estratégias de escalonamento para volume maiores são inteiramente possíveis."

Bibliografia:

Synthesis of an open-framework allotrope of silicon
Duck Young Kim, Stevce Stefanoski, Oleksandr O. Kurakevych, Timothy A. Strobel
Nature Materials
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nmat4140




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