Uma representação de um laser infravermelho atingindo uma chama. Os pesquisadores da Husker mostraram como um laser pode modificar as reações químicas que ocorrem dentro de uma chama, permitindo-lhes revestir materiais com produtos químicos que melhoram o desempenho, evitando um efeito colateral que complica a construção de semicondutores e outros componentes microeletrônicos. Crédito:Scott Schrage | Comunicação Universitária
A introdução de impurezas químicas em um material com o objetivo de adaptar suas propriedades ou desempenho - às vezes chamado de dopagem - provou ser vital em engenharia eletrônica, especialmente a fabricação de semicondutores e outros componentes microeletrônicos.
Dopando uma camada microscopicamente fina de diamante com boro, por exemplo, o prepara para uso em sensores eletroquímicos, tornando-o mais sensível aos agentes que ele está sintonizado para detectar. Infelizmente, o doping pode confundir a estrutura atômica precisamente ordenada do diamante e outros materiais cristalinos, diminuindo a condutividade e outras propriedades que os tornam tão valorizados em primeiro lugar.
Yongfeng Lu de Nebraska e seus colegas decidiram experimentar uma abordagem emergente baseada em laser para o problema da cristalinidade, usando diamante dopado com boro como um estudo de caso.
As chamas podem ser usadas para queimar produtos químicos gasosos, produzindo moléculas que então reagem com um material subjacente e o revestem com o dopante desejado. Depois de disparar um laser afinado em uma chama para modificar a química que ocorre dentro dela, os pesquisadores descobriram que o diamante dopado com boro resultante ostentava maior integridade cristalina do que sem o laser.
Essa cristalinidade permitiu que cargas elétricas se movessem mais rápido através do material do que uma contraparte disponível comercialmente. Quando os pesquisadores testaram o material como um eletrodo em um sensor de glicose - o tipo usado para testar o diabetes - eles descobriram que ele podia detectar concentrações mais baixas de açúcar. E o próprio diamante dopado com boro cresceu a uma taxa substancialmente mais rápida quando fabricado com o laser do que sem ele.
Um estudo mais aprofundado dos princípios gerais e resultados específicos da aplicação de lasers quando materiais de dopagem podem ajudar a alargar o gargalo cristalino que há muito restringe a indústria de semicondutores, disseram os pesquisadores. Equilibrar os benefícios de dopagem e cristalinidade pode ajudar a refinar materiais essenciais em microeletrônica, ótica, detecção e armazenamento de energia.
