Eletrônica

Propriedades dos semicondutores mudam no escuro

Propriedades dos semicondutores mudam no escuro
O cristal original (A) quebra-se totalmente se for tensionado no claro (B), mas deforma-se quando é pressionado no escuro (C). [Imagem: Atsutomo Nakamura]

Responsivo à luz

As propriedades mecânicas e eletrônicas dos semicondutores são sensíveis à luz, uma descoberta que abre um novo caminho para ajustar o comportamento desses materiais que estão na base de toda a eletrônica.

Isso significa que é possível moldar as propriedades desse material simplesmente expondo-a à luz porque o mesmo semicondutor que quebra no claro é maleável no escuro.

Os semicondutores cristalinos, ou inorgânicos, como o silício, são indispensáveis na eletrônica moderna porque possuem uma condutividade elétrica ajustável entre a de um metal e a de um isolante. A condutividade elétrica de um semicondutor é controlada pela sua banda de energia (bandgap), que é a diferença de energia entre suas bandas de valência e de condução - um intervalo de banda estreito resulta em maior condutividade porque é mais fácil para um elétron se mover da banda de valência para a de condução.

No entanto, os semicondutores inorgânicos são quebradiços, o que explica muitas falhas repentinas de equipamentos eletrônicos e ainda limita sua aplicação em campos emergentes, especialmente na eletrônica flexível - esse campo da eletrônica orgânica hoje é dominado pelos semicondutores orgânicos, ou plásticos.

Mas tudo isso pode ser superando apenas usando luz.

Cristal que muda no escuro

Yu Oshima e seus colegas da Universidade de Nagoya, no Japão, descobriram que os cristais do semicondutor sulfeto de zinco (ZnS) são quebradiços sob condições normais de iluminação à temperatura ambiente, mas tornam-se altamente plásticos na escuridão total, a ponto de permitir sua conformação em larga escala.

A deformação dos cristais de sulfeto de zinco no escuro também estreita sua banda, permitindo ajustar sua condutividade elétrica.

No escuro, os cristais deformam plasticamente sem fratura em até 45% da sua forma original. A equipe atribuiu o aumento da plasticidade no escuro à alta mobilidade das deslocações do cristal - deslocações são um tipo de defeito encontrado em cristais que influenciam as propriedades do material como um todo.

Controlar a resistência, a maleabilidade e a condutividade dos semicondutores simplesmente pela sua exposição à luz abre um caminho interessante para otimizar seu desempenho.

"Este estudo revela a sensibilidade das propriedades mecânicas dos semicondutores inorgânicos à luz," disse o professor Katsuyuki Matsunaga. "Nossas descobertas podem permitir o desenvolvimento de tecnologias para projetar cristais através de sua exposição controlada à luz."

Bibliografia:

Extraordinary plasticity of an inorganic semiconductor in darkness
Yu Oshima, Atsutomo Nakamura, Katsuyuki Matsunaga
Science
Vol.: 360, Issue 6390, pp. 772-774
DOI: 10.1126/science.aar6035




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