p O NIMS e o Instituto de Tecnologia de Tóquio descobriram em conjunto que o composto químico Ca ₃ SiO é um semicondutor de transição direta, tornando-o um LED infravermelho potencialmente promissor e um componente detector de infravermelho. Este composto - composto de cálcio, silício e oxigênio - é barato de produzir e não tóxico. Muitos dos semicondutores infravermelhos existentes contêm elementos químicos tóxicos, como cádmio e telúrio. Ca ₃ O SiO pode ser usado para desenvolver semicondutores de infravermelho próximo mais baratos e mais seguros. p Comprimentos de onda infravermelhos têm sido usados ​​para muitos propósitos, incluindo comunicações de fibra óptica, geração de energia fotovoltaica e dispositivos de visão noturna. Semicondutores existentes capazes de emitir radiação infravermelha (ou seja, semicondutores de transição direta) contêm compostos químicos tóxicos, tais como telureto de mercúrio e cádmio e arsenieto de gálio. Semicondutores infravermelhos livres de elementos químicos tóxicos são geralmente incapazes de emitir radiação infravermelha (isto é, semicondutores de transição indireta). É desejável desenvolver dispositivos infravermelhos de alto desempenho usando atóxicos, semicondutores de transição direta com um gap na faixa do infravermelho.

p Convencionalmente, as propriedades semicondutoras dos materiais, como gap de energia, foram controlados combinando dois elementos químicos que estão localizados no lado esquerdo e direito dos elementos do grupo IV, como III e V ou II e VI. Nesta estratégia convencional, a diferença de banda de energia torna-se mais estreita com o uso de elementos mais pesados:consequentemente, esta estratégia levou ao desenvolvimento de semicondutores de transição direta compostos de elementos tóxicos, tais como telureto de mercúrio e cádmio e arsenieto de gálio. Para descobrir semicondutores infravermelhos livres de elementos tóxicos, este grupo de pesquisa adotou uma abordagem não convencional:eles se concentraram em estruturas cristalinas nas quais os átomos de silício se comportam como ânions tetravalentes, em vez de seu estado catiônico tetravalente normal. Em última análise, o grupo escolheu oxissilicidas (por exemplo, Ca ₃ SiO) e oxigermanidas com uma estrutura cristalina perovskita inversa, sintetizou-os, avaliaram suas propriedades físicas e realizaram cálculos teóricos. Esses processos revelaram que esses compostos exibem um gap muito pequeno de aproximadamente 0,9 eV em um comprimento de onda de 1,4 μm, indicando seu grande potencial para servir como semicondutores de transição direta. Esses compostos com um pequeno gap direto de banda podem ser potencialmente eficazes na absorção, detectar e emitir comprimentos de onda infravermelhos longos, mesmo quando eles são processados ​​em filmes finos, tornando-os materiais semicondutores de infravermelho próximo muito promissores para serem usados ​​em fontes de infravermelho (por exemplo, LEDs) e detectores.

p Em pesquisas futuras, planejamos desenvolver LEDs infravermelhos de alta intensidade e detectores infravermelhos altamente sensíveis, sintetizando esses compostos na forma de grandes cristais únicos, desenvolver processos de crescimento de filmes finos e controlar suas propriedades físicas por meio de dopagem e transformá-los em soluções sólidas. Se esses esforços derem frutos, elementos químicos tóxicos atualmente usados ​​em semicondutores infravermelhos existentes podem ser substituídos por outros não tóxicos.