Uma equipe de pesquisa relatou ter visto, pela primeira vez, defeitos de escala atômica que ditam as propriedades de um semicondutor novo e poderoso.

O estudo, publicado no início deste mês na revista Revisão Física X , mostra um aspecto fundamental de como o semicondutor, óxido de beta gálio, controla a eletricidade.

“Nosso trabalho é tentar identificar por que esse material, chamado óxido de beta gálio, age da maneira que age no nível fundamental, "disse Jared Johnson, principal autor do estudo e pesquisador associado do Centro de Análise e Microscopia Eletrônica da Ohio State University. “É importante saber por que esse material tem as propriedades que possui, e como ele atua como um semicondutor, e queríamos olhar para ele no nível atômico - para ver o que poderíamos aprender. "

Os cientistas sabem sobre o óxido de gálio beta há cerca de 50 anos, mas apenas nos últimos anos tornou-se uma opção intrigante para engenheiros que buscam construir mais confiável, tecnologias de alta potência mais eficientes. O material é especialmente adequado para dispositivos usados ​​em condições extremas, como na indústria de defesa. A equipe tem estudado o óxido de gálio beta por seu potencial de fornecer energia de alta densidade.

Para este estudo, a equipe CEMAS, supervisionado por Jinwoo Hwang, professor assistente de ciência e engenharia de materiais, examinou o óxido de beta gálio sob um poderoso microscópio eletrônico, para ver como os átomos do material interagiam. O que eles viram confirmou uma teoria levantada pela primeira vez há cerca de uma década pelos teóricos:o beta-óxido de gálio tem uma forma de imperfeição em sua estrutura, algo que a equipe se refere como "defeitos pontuais, "que são diferentes de quaisquer defeitos vistos anteriormente em outros materiais.

Esses defeitos são importantes:por exemplo, eles podem ser lugares onde a eletricidade pode ser perdida no trânsito entre os elétrons. Com manipulação adequada, os defeitos também podem fornecer oportunidades para um controle sem precedentes das propriedades do material. Mas a compreensão dos defeitos deve vir antes de aprendermos como controlá-los.

"É muito significativo que possamos observar diretamente esses defeitos pontuais, essas anormalidades dentro da rede cristalina, "Disse Johnson." E esses defeitos pontuais, esses estranhos dentro da estrutura de rede, diminuir a estabilidade energética da estrutura. "

Uma estabilidade de energia mais baixa significa que o material pode ter algumas falhas que precisam ser corrigidas para conduzir eletricidade de forma eficiente, Johnson disse, mas não significam que o óxido de beta gálio não seria necessariamente um bom semicondutor. Os defeitos podem de fato se comportar favoravelmente para conduzir eletricidade - se os cientistas puderem controlá-los.

"Este material tem propriedades muito boas para essas tecnologias de alta potência, "disse ele." Mas é importante que estejamos vendo isso em um nível fundamental - estamos quase entendendo a ciência por trás deste material e como ele funciona, porque esse defeito, essas anormalidades, pode afetar a maneira como ele funciona como um semicondutor. "