Um novo tipo de semicondutor pode estar chegando a uma tela de alta definição perto de você. Cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab) mostraram que uma classe de semicondutores chamada perovskita de haleto é capaz de emitir múltiplos, cores brilhantes de um único nanofio em resoluções tão pequenas quanto 500 nanômetros.

As evidências, publicado online esta semana na primeira edição do Proceedings of the National Academy of Sciences , representam um claro desafio para telas de pontos quânticos que dependem de nanocristais de semicondutores tradicionais para emitir luz. Também pode influenciar o desenvolvimento de novas aplicações em optoeletrônica, fotovoltaica, lasers nanoscópicos, e fotodetectores ultrassensíveis, entre outros.

Os pesquisadores usaram litografia de feixe de elétrons para fabricar heterojunções de nanofios de perovskita de haleto, a junção de dois semicondutores diferentes. Em aplicativos de dispositivos, heterojunções determinam o nível de energia e características de bandgap, e são, portanto, considerados um bloco de construção chave da eletrônica moderna e fotovoltaica.

Os pesquisadores apontaram que a rede em perovskitas halogenadas é mantida unida por ligações iônicas em vez de covalentes. Em ligações iônicas, átomos de cargas opostas são atraídos uns aos outros e transferem elétrons uns aos outros. Ligações covalentes, em contraste, ocorrem quando os átomos compartilham seus elétrons uns com os outros.

"Com perovskita de haleto inorgânico, podemos facilmente trocar os ânions nas ligações iônicas, mantendo a natureza monocristalina dos materiais, "disse o investigador principal do estudo, Peidong Yang, cientista sênior do corpo docente da Divisão de Ciências de Materiais do Berkeley Lab. "Isso nos permite reconfigurar facilmente a estrutura e a composição do material. É por isso que as perovskitas de haleto são consideradas semicondutores de rede mole. Ligações covalentes, em contraste, são relativamente robustos e requerem mais energia para mudar. Nosso estudo basicamente mostrou que podemos alterar a composição de qualquer segmento desse semicondutor macio. "

Nesse caso, os pesquisadores testaram a perovskita de haleto de césio e chumbo, e então eles usaram uma técnica de nanofabricação comum combinada com química de troca aniônica para trocar os íons de haleto para criar iodeto de césio e chumbo, brometo, e perovskites de cloreto.

Cada variação resultou em uma cor diferente emitida. Além disso, os pesquisadores mostraram que várias heterojunções podem ser projetadas em um único nanofio. Eles conseguiram atingir um tamanho de pixel de até 500 nanômetros, e eles determinaram que a cor do material era ajustável em toda a gama de luz visível.

Os pesquisadores disseram que a técnica de processamento de solução química usada para tratar esta classe de produtos moles, semicondutores com ligação iônica são muito mais simples do que os métodos usados ​​para fabricar semicondutores coloidais tradicionais.

"Para semicondutores convencionais, fabricar a junção é bastante complicado e caro, "disse o co-autor do estudo Letian Dou, que conduziu o trabalho como pós-doutorado no laboratório de Yang. "Altas temperaturas e condições de vácuo geralmente estão envolvidas para controlar o crescimento e dopagem dos materiais. O controle preciso da composição e propriedade dos materiais também é um desafio porque os semicondutores convencionais são 'duros' devido à forte ligação covalente."

Para trocar os ânions em um semicondutor macio, o material é embebido em uma solução química especial em temperatura ambiente.

"É um processo simples, e é muito fácil de aumentar, "disse Yang, que também é professor de química na UC Berkeley. "Você não precisa passar muitas horas em uma sala limpa, e você não precisa de altas temperaturas. "

Os pesquisadores continuam a melhorar a resolução desses semicondutores moles, e estão trabalhando para integrá-los em um circuito elétrico.