Uma equipe multi-institucional liderada pelo Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) do Departamento de Energia dos EUA descobriu uma maneira de criar novas ligas que poderiam formar a base dos semicondutores de próxima geração.

Já existem ligas semicondutoras - muitas vezes feitas de uma combinação de materiais com arranjos atômicos semelhantes - mas até agora os pesquisadores acreditavam que não era realista fazer ligas de certos constituintes.

"Talvez no passado os cientistas olhassem para dois materiais e dissessem que não posso misturar os dois. O que estamos dizendo é que pense novamente, "disse Aaron Holder, um ex-pesquisador de pós-doutorado do NREL e agora pesquisador da University of Colorado Boulder. Titular é autor correspondente de um novo artigo em Avanços da Ciência intitulado Novo comportamento do diagrama de fase e projeto de materiais em ligas semicondutoras heteroestruturais. "Existe uma maneira de fazer isso."

Cientistas ligados ao Centro de Próxima Geração de Materiais por Design (CNGMD) fizeram a descoberta e levaram a ideia da teoria à realidade. Um Centro de Pesquisa de Fronteira de Energia, que é apoiado pelo Escritório de Ciência do Departamento de Energia e pesquisadores do NREL, a Escola de Minas do Colorado, Universidade de Harvard, Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, Instituto de Tecnologia de Massachusetts, Oregon State University, e SLAC National Accelerator Laboratory.

"É um exemplo muito bom do que acontece quando você reúne diferentes instituições com diferentes capacidades, "disse Holder. Seus co-autores do NREL são Stephan Lany, Sebastian Siol, Paul Ndione, Haowei Peng, William Tumas, John Perkins, David Ginley, e Andriy Zakutayev.

Uma incompatibilidade entre os arranjos atômicos anteriormente impedia a criação de certas ligas. Pesquisadores com CNGMD foram capazes de criar uma liga de óxido de manganês (MnO) e óxido de zinco (ZnO), mesmo que suas estruturas atômicas sejam muito diferentes. A nova liga irá absorver uma fração significativa da luz solar natural, embora separadamente nem MnO nem ZnO possam. "É um tipo de pesquisa muito gratificante quando você trabalha em equipe, prever um material computacionalmente, e fazer acontecer no laboratório, "Lany disse.

Usando calor, misturar uma pequena porcentagem de MnO com ZnO já é possível, mas chegar a uma mistura 1:1 exigiria temperaturas muito maiores do que 1, 000 graus Celsius (1, 832 graus Fahrenheit), e os materiais se separariam novamente à medida que esfriam.

Os cientistas, que também criou uma liga de sulfeto de estanho e sulfeto de cálcio, depositou essas ligas como filmes finos usando deposição de laser pulsado e pulverização catódica de magnetron. Nenhum dos métodos exigia essas altas temperaturas. "Nós mostramos que métodos comerciais de deposição de filme fino podem ser usados ​​para fabricar ligas heteroestruturais, abrindo um caminho para seu uso em aplicações de semicondutores do mundo real, "disse o co-autor Zakutayev.

A pesquisa rendeu uma primeira olhada no diagrama de fase para ligas heteroestruturais, revelando uma rota preditiva para propriedades de outras ligas juntamente com uma grande área de metaestabilidade que mantém os elementos combinados. "A liga persiste em todo este espaço, embora termodinamicamente deva se separar e se decompor em fases, "Holder disse.