Os cientistas de materiais freqüentemente procuram mudar as propriedades físicas de um material adicionando uma certa proporção de um elemento adicional; Contudo, nem sempre é possível incorporar a quantidade desejada na estrutura cristalina do material. Na TU Wien, um novo método foi desenvolvido para produzir misturas anteriormente inatingíveis de germânio e outros átomos. Isso resulta em novos materiais com propriedades significativamente alteradas.

"Incorporar átomos estranhos a um cristal de maneira direcionada para melhorar suas propriedades é, na verdade, um método padrão, "diz Sven Barth, do Instituto de Química de Materiais da TU Wien. A eletrônica moderna é baseada em semicondutores com certos aditivos. Cristais de silício incorporados com fósforo ou boro são um exemplo.

Os pesquisadores encontraram dificuldade em incorporar germânio com outros átomos. Derreter os dois elementos e misturá-los completamente na forma líquida e, em seguida, deixá-los solidificar não funciona neste caso. "Este método termodinâmico simples falha, porque os átomos adicionados não se misturam de forma eficiente no sistema de rede do cristal, "explica Sven Barth." Quanto mais alta a temperatura, quanto mais os átomos se movem dentro do material. Isso pode resultar na precipitação desses átomos estranhos do cristal após terem sido incorporados com sucesso, deixando para trás uma concentração muito baixa desses átomos dentro do cristal. "

A equipe de Barth, portanto, desenvolveu uma nova abordagem que liga o crescimento particularmente rápido do cristal a temperaturas de processo muito baixas. No processo, a quantidade correta de átomos estranhos é continuamente incorporada à medida que o cristal cresce. Os cristais crescem na forma de fios ou hastes em nanoescala a temperaturas consideravelmente mais baixas do que antes, na faixa de apenas 140 a 230 graus C. "Como resultado, os átomos incorporados são menos móveis, os processos de difusão são lentos, e a maioria dos átomos fica onde você quer que eles estejam, "explica Barth.

Usando este método, foi possível incorporar até 28% de estanho e 3,5% de gálio ao germânio. Isso é consideravelmente mais do que era possível anteriormente por meio da combinação termodinâmica convencional desses materiais por um fator de 30 a 50.

Isso abre novas possibilidades para a microeletrônica:"O germânio pode ser efetivamente combinado com a tecnologia de silício existente, e também a adição de estanho e / ou gálio em tais altas concentrações oferece aplicações potenciais extremamente interessantes em termos de optoeletrônica, "diz Sven Barth. Os materiais seriam usados ​​para lasers infravermelhos, para fotodetectores ou para LEDs inovadores na faixa do infravermelho, por exemplo, uma vez que as propriedades físicas do germânio são alteradas significativamente por esses aditivos.