Painéis solares de filme fino, o telefone celular em suas mãos e a lâmpada LED que ilumina sua casa são todos feitos usando alguns dos mais raros, os elementos mais caros encontrados no planeta.

Uma equipe internacional, incluindo pesquisadores da Universidade de Michigan, desenvolveu uma maneira de fazer esses tipos de materiais optoeletrônicos mais baratos, elementos mais abundantes. Esses compostos também podem ser "ajustados" para coletar com eficiência energia elétrica de diferentes comprimentos de onda de luz no espectro solar e para produzir a gama de cores que gostamos de usar na iluminação.

Apenas tipos específicos de compostos - uma combinação de dois ou mais elementos - podem ser usados ​​para fazer dispositivos eletrônicos que emitem luz ou reúnem eletricidade com eficiência. Se você se lembra das aulas de química da escola primária, cada coluna da tabela periódica é considerada um grupo de elementos.

Por exemplo, o grupo III inclui elementos como índio e gálio - ambos elementos relativamente escassos que, no entanto, atualmente sustentam as aplicações que combinam luz e eletricidade. O problema é, esses compostos geralmente envolvem elementos que são encontrados apenas em alguns locais ao redor do mundo.

"Na verdade, corremos o risco de ficar sem alguns desses elementos porque eles não são fáceis de reciclar e são limitados, "disse o físico Roy Clarke, quem lidera o esforço U-M. "Não é viável para a tecnologia confiar em algo que provavelmente se esgotará em uma escala de 10 a 20 anos."

A equipe de pesquisa encontrou uma maneira de combinar dois elementos comuns das colunas do grupo III para fazer um novo composto composto de elementos dos grupos II, IV e V. Este composto II-IV-V pode ser usado no lugar dos elementos raros tipicamente encontrados em materiais optoeletrônicos III-V com propriedades semelhantes - exceto muito mais abundante e menos caro.

O novo composto de zinco, estanho e nitrogênio podem coletar energia solar e luz, por isso funcionaria em painéis solares de película fina, bem como em lâmpadas LED, telas de telefones celulares e telas de televisão.

Usar magnésio em vez de zinco estende ainda mais o alcance dos materiais em luz azul e ultravioleta. Ambos os compostos também são "sintonizáveis" - isto é, quando os pesquisadores cultivam cristais de qualquer um dos compostos, os elementos podem ser ordenados de forma que o material seja sensível a comprimentos de onda específicos da luz.

Essa capacidade de ajuste é desejada porque permite aos pesquisadores ajustar o material para responder à mais ampla faixa de comprimentos de onda da luz. Isso é especialmente importante para diodos emissores de luz, para que os projetistas de dispositivos possam selecionar a cor da luz produzida.

"Quando você está iluminando uma casa ou um escritório, você quer ser capaz de ajustar o calor da luz, muitas vezes imitando a luz solar natural, "Clarke disse." Esses novos compostos II-IV-V nos permitiriam fazer isso. "

Alunos de pós-graduação Robert Makin, Krystal York e James Mathis cultivaram os filmes finos no laboratório de Steve Durbin, professor de engenharia elétrica e da computação na Western Michigan University.

Makin, que acabou de ganhar seu Ph.D. da WMU e é o autor principal do estudo, usou uma técnica chamada epitaxia de feixe molecular (MBE) para produzir os compostos desejados nas condições corretas para fazer filmes com um grau cuidadosamente controlado de ordenação atômica.

MBE estabelece cada camada atômica do composto de uma forma sistemática, para que os pesquisadores pudessem estudar a camada fina, ou filme, estrutura à medida que a estavam crescendo. A próxima fase da pesquisa, levando à construção de vários projetos de dispositivos, exige estudos detalhados da resposta eletrônica desta família de materiais e testes de várias arquiteturas em nanoescala que exploram sua versatilidade.

A equipe de pesquisa também inclui membros da Université de Lorraine na França e da University of Canterbury na Nova Zelândia. A pesquisa deles é publicada em Cartas de revisão física .