Eletrônicos governam nosso mundo, mas os elétrons comandam nossa eletrônica. Uma equipe de pesquisa da Universidade Estadual de Ohio descobriu uma maneira de simplificar como os dispositivos eletrônicos usam esses elétrons - usando um material que pode servir a funções duplas na eletrônica, onde, historicamente, vários materiais foram necessários.

A equipe publicou suas descobertas em 18 de março no jornal Materiais da Natureza .

"Essencialmente, encontramos um material de dupla personalidade, "disse Joseph Heremans, co-autor do estudo, professor de engenharia mecânica e aeroespacial e Ohio Eminent Scholar em Nanotecnologia no estado de Ohio. "É um conceito que não existia antes."

Suas descobertas podem significar uma reformulação na maneira como os engenheiros criam todos os diferentes tipos de dispositivos eletrônicos. Isso inclui tudo, desde células solares, aos diodos emissores de luz em sua televisão, para os transistores em seu laptop, e para os sensores de luz na câmera do seu smartphone.

Esses dispositivos são os blocos de construção da eletricidade:cada elétron tem uma carga negativa e pode irradiar ou absorver energia, dependendo de como é manipulado. Buracos - essencialmente, a ausência de um elétron - tem uma carga positiva. Dispositivos eletrônicos funcionam movendo elétrons e lacunas - essencialmente conduzindo eletricidade.

Mas historicamente, cada parte do dispositivo eletrônico só poderia atuar como portador de elétrons ou portador de buraco, não ambos. Isso significava que a eletrônica precisava de várias camadas - e vários materiais - para funcionar.

Mas os pesquisadores do estado de Ohio encontraram um material - NaSn ₂ Como ₂ , um cristal que pode ser tanto portador de elétrons quanto portador de buraco - eliminando potencialmente a necessidade de camadas múltiplas.

"É este dogma na ciência, que você tem elétrons ou buracos, mas você não tem os dois. Mas nossas descobertas viram isso de cabeça para baixo, "disse Wolfgang Windl, professor de ciência de materiais e engenharia no estado de Ohio, e coautor do estudo. "E não é que um elétron se torne um buraco, porque é a mesma montagem de partículas. Aqui, se você olhar para o material de uma maneira, parece um elétron, mas se você olhar para outro lado, parece um buraco. "

A descoberta pode simplificar nossa eletrônica, talvez criando sistemas mais eficientes que operam mais rapidamente e quebram com menos frequência.

Pense nisso como uma máquina Rube Goldberg, ou o jogo de tabuleiro dos anos 1960 Mouse Trap:quanto mais peças em jogo e mais peças móveis, quanto menos eficientemente a energia viaja por todo o sistema - e é mais provável que algo falhe.

"Agora, temos esta nova família de cristais em camadas, onde os portadores se comportam como elétrons quando viajam dentro de cada camada, e buracos ao viajar através das camadas. ... Você pode imaginar que pode haver alguns dispositivos eletrônicos exclusivos que você poderia criar, "disse Joshua Goldberger, professor associado de química e bioquímica no estado de Ohio.

Os pesquisadores chamaram esse fenômeno de capacidade dual de "goniopolaridade". Eles acreditam que o material funciona dessa maneira por causa de sua estrutura eletrônica única, e dizer que é provável que outros materiais em camadas possam exibir essa propriedade.

"Nós apenas não os encontramos ainda, "Heremans disse." Mas agora sabemos que devemos procurá-los.

Os pesquisadores fizeram a descoberta quase por acidente. Um estudante de pós-graduação pesquisador no laboratório de Heremans, Bin He, estava medindo as propriedades do cristal quando percebeu que o material se comportava às vezes como um portador de elétrons e às vezes como um portador de buraco - algo que, nesse ponto, o pensamento da ciência era impossível. Ele pensou que talvez tivesse cometido um erro, executou o experimento várias vezes, e obteve o mesmo resultado.

"Foi nessa coisa que ele prestou atenção e não presumiu nada, "Heremans disse.