O uso de pressão para alterar as propriedades do semicondutor está se mostrando cada vez mais promissor em aplicações como sensores infravermelhos de alto desempenho e dispositivos de conversão de energia. Com uma interface de cristal nova e não convencional, pesquisadores do Rensselaer Polytechnic Institute permitiram um ajuste mais poderoso e dinâmico do método, que eles foram pioneiros inicialmente em 2015.

"Uma maneira convencional de introduzir tensão ou pressão em um material funcional é cultivar esse material em um substrato que seja semelhante ao material do filme na química dos materiais, mas diferente na constante de rede. Em nosso trabalho, rompemos com essa sabedoria convencional ", disse Jian Shi, professor assistente de ciência dos materiais e engenharia no Rensselaer Polytechnic Institute.

A pesquisa é detalhada em "VO2 ± δ epitaxial projetado por defeito na engenharia de deformação de cristais moles heterogêneos, "publicado em uma edição recente de Avanços da Ciência .

Pesquisas anteriores usando a cepa para alterar as propriedades do semicondutor se concentraram no desenvolvimento de uma interface epitaxial coerente entre o filme e o substrato para transferir a cepa do substrato para o filme. Por exemplo, na engenharia de deformação elástica, as pessoas cultivam germânio em silício, óxidos sobre óxidos, calcogenetos em calcogenetos.

O trabalho do Science Advances apresenta uma nova abordagem, depositar um material semicondutor diferente, mas tecnologicamente importante - perovskita de haleto - em um substrato de dióxido de vanádio. A perovskita halogenada tem pouco impacto na química do substrato de dióxido de vanádio. Mas quando combinados, o dióxido de vanádio e o halogeneto de perskovita formam uma interface heterogênea, o que poderia permitir que a tensão fosse efetivamente transferida para o material semicondutor.

A pesquisa usa um substrato especialmente projetado - dióxido de vanádio - que é capaz de uma transição de fase estrutural, o que significa que muda a estrutura sob diferentes temperaturas. Os pesquisadores usam a transição de fase estrutural para impor tensão em um semicondutor de filme fino depositado em sua superfície usando deposição química de vapor.

Para permitir grande deformação na camada semicondutora, Yiping Wang, um estudante de graduação no laboratório de Shi, dióxido de vanádio modificado, adicionar e remover átomos de oxigênio do material, controlando a pressão parcial do oxigênio durante a deposição de vapor químico do dióxido de vanádio à medida que ele cresce em um cristal de safira.

As matrizes de nanoflorestas de dióxido de vanádio com "defeitos de engenharia" resultantes têm uma grande mudança estrutural sob o estímulo da temperatura, e pode passar não por uma, mas por três transições de fase, permitindo-lhes ajustar com mais precisão a quantidade de pressão exercida no semicondutor.

Esta abordagem não convencional, mostra que a suavidade mecânica dos cristais semicondutores pode ser a chave para o sucesso da engenharia de deformações. Com um semicondutor mais macio, uma interface moderada, e um substrato mais dinâmico, os pesquisadores foram capazes de modificar dinamicamente as propriedades físicas do semicondutor de maneira reversível em nanoescala. A pressão fornecida foi considerada grande o suficiente para desencadear uma transição de fase estrutural e eletrônica no cristal semicondutor. Essa transição neste cristal foi demonstrada sob alta pressão usando uma abordagem diferente, mas tecnologicamente impraticável.