Pesquisadores descobrem novo material que promete revolucionar a eletrônica

Pesquisadores descobrem novo material
que promete revolucionar a eletrônica

Uma equipe de pesquisa da Ohio State University descobriu uma maneira de simplificar como os dispositivos eletrônicos usam esses elétrons e os buracos num semicondutor - usando um material que pode servir a papéis duplos na eletrônica, onde historicamente vários materiais foram necessários.

A equipe publicou suas descobertas em 18 de março na revista Nature Materials .

"Essencialmente encontramos um material com dupla personalidade", disse Joseph Heremans, co-autor do estudo, professor de engenharia mecânica e aeroespacial e Ohio Eminent Scholar em nanotecnologia no estado de Ohio. "É um conceito que não existia antes."

Suas descobertas podem significar uma reformulação na forma como os engenheiros criam todos os diferentes tipos de dispositivos eletrônicos. Isso inclui tudo, desde células solares até os diodos emissores de luz em sua televisão, até os transistores em seu laptop e os sensores de luz na câmera do smartphone.

Esses dispositivos são os blocos de construção da eletricidade: cada elétron tem uma carga negativa e pode irradiar ou absorver energia dependendo de como é manipulado. Buracos - essencialmente, a ausência de um elétron - têm uma carga positiva. Dispositivos eletrônicos funcionam movendo elétrons e buracos - essencialmente conduzindo eletricidade.

Mas, historicamente, cada parte do dispositivo eletrônico só poderia atuar como titular de elétrons ou um porta-buraco, não ambos. Isso significava que os eletrônicos precisavam de várias camadas - e vários materiais - para serem executadas.

Mas os pesquisadores do estado de Ohio encontraram um material - o NaSn2As2 , um cristal que pode ser tanto um suporte eletrônico quanto um suporte de buracos - eliminando potencialmente a necessidade de múltiplas camadas.

"É esse dogma na ciência, que você tem elétrons ou tem buracos, mas não tem os dois. Mas nossas descobertas viram de cabeça para baixo esse conceito", disse Wolfgang Windl, professor de ciência e engenharia de materiais no estado de Ohio, e co-autor do estudo. "E não é que um elétron se torne um buraco, porque é o mesmo conjunto de partículas. Aqui, se você olhar para o material de uma maneira, parece um elétron, mas se você olhar de outra maneira, parece um buraco."

A descoberta pode simplificar nossa eletrônica, talvez criando sistemas mais eficientes que operam mais rapidamente e quebram com menos frequência.

Pense nisso quanto mais peças em jogo e mais partes móveis, menos energia eficientemente viaja pelo sistema - e mais provável é que algo falhe.

"Agora, temos essa nova família de cristais em camadas onde os transportadores se comportam como elétrons quando viajam dentro de cada camada e buracos quando viajam pelas camadas. ... Você pode imaginar que pode haver alguns dispositivos eletrônicos exclusivos que você pode criar", disse Joshua Goldberger, professor associado de química e bioquímica no estado de Ohio.

Os pesquisadores chamaram esse fenômeno de dupla habilidade de "goniopolaridade". Eles acreditam que o material funciona dessa maneira por causa de sua estrutura eletrônica única, e dizem que é provável que outros materiais em camadas possam exibir essa propriedade.

"Nós apenas não os encontramos ainda", disse Heremans. "Mas agora sabemos procurar por eles."

Os pesquisadores fizeram a descoberta quase por acidente. Um pesquisador de pós-graduação no laboratório de Heremans, Bin He, estava medindo as propriedades do cristal quando percebeu que o material se comportava às vezes como um suporte de elétrons e às vezes como um porta-buraco - algo que, nesse ponto, a ciência pensava que era impossível. Ele pensou que talvez tivesse cometido um erro, fez o experimento repetidas vezes e obteve o mesmo resultado.

Artigo:

Bin He, Yaxian Wang, Maxx Q. Arguilla, Nicholas D. Cultrara, Michael R. Scudder, Joshua E. Goldberger, Wolfgang Windl, Joseph P. Heremans. The Fermi surface geometrical origin of axis-dependent conduction polarity in layered materials. Nature Materials, 2019; DOI: 10.1038/s41563-019-0309-4

Fonte:

www.sciencedaily.com/releases/2019/03/190318151721.htm

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