Configuração do sistema de mapeamento de refletividade transitória. (A) Ilustração esquemática do aparelho de mapeamento de reflexão transiente. (B) Ilustração esquemática da detecção de campo amplo. (C) Distribuição da intensidade dos pulsos na superfície da amostra 2. O feixe da bomba foi focado na superfície (dentro de um círculo pontilhado vermelho) enquanto o feixe da sonda foi desfocado para criar a detecção de campo amplo, marcada por um círculo branco. A área de exposição é marcada por um retângulo azul, um feixe de referência (círculo pontilhado amarelo) foi focado diretamente na superfície alvo da câmera. Na medição real, o feixe da bomba foi bloqueado por um filtro de passagem longa. Crédito:Ciência (2022). DOI:10.1126/science.abn4727
O arseneto de boro cúbico (c-BAs), um semicondutor com condutividade térmica ultra-alta comparável ao diamante, atraiu grande atenção desde 2018, com muitas pessoas se perguntando se ele é adequado para transistores.
Pesquisadores que tentam responder a essa pergunta mediram o efeito Hall para um único cristal de c-BAs em 2021, obtendo a figura de mobilidade decepcionantemente baixa de 22 cm
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. Além disso, seus resultados mostraram uma enorme discrepância entre o valor teórico de mobilidade de 1400 cm
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para elétrons e 2110 cm
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para furos.
Em um estudo publicado na
Science , o grupo de Liu Xinfeng do Centro Nacional de Nanociência e Tecnologia (NCNST) da Academia Chinesa de Ciências (CAS) e colaboradores da Universidade de Houston obtiveram agora números precisos de mobilidade para c-BAs. Eles descobriram que a mobilidade ambipolar dos c-BAs é de cerca de 1550 cm
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e mais de 3.000 cm
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para portadores quentes com mobilidade muito maior.
Os pesquisadores usaram uma técnica óptica distinta chamada microscopia de refletividade transiente para monitorar a difusão de portadores em c-BAs.
Esta configuração técnica, construída por Yue Shuai do grupo de Liu, fornece visualização de difusão de portadores in-situ com resolução espaço-temporal em nanômetros e femtossegundos. Os portadores foram excitados por um laser de femtossegundos, que criou uma mudança de refletividade transitória que foi detectada por um laser de femtossegundos com retardo de tempo (feixe de sonda).
O feixe da sonda foi ampliado para um amplo campo de iluminação; assim, a dinâmica espaço-temporal dos portadores pode ser visualizada diretamente. Ajustando a energia do laser de excitação abaixo ou acima do bandgap, portadores intrínsecos e portadores quentes podem ser excitados, respectivamente. Mobilidade intrínseca do portador de cerca de 1550 cm
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foi medido e combinou bem com as previsões teóricas.
Devido ao acoplamento ultrafraco elétron-fônon e fônon-fônon, um portador quente de longa duração com mobilidade superior a 3000 cm
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foi ainda obtido.
Os pesquisadores disseram que a enorme diferença entre a medição do efeito Hall e a medição óptica se deve à ampla distribuição de defeitos na amostra. Em outras palavras, apenas uma pequena região era pura o suficiente para difusão de portadores.
"Depois de um ano de trabalho duro, finalmente encontramos a região", disse Yue, primeiro autor do artigo. "Era muito pequeno para a medição Hall."
Liu disse que a alta mobilidade e condutividade térmica ultra-alta dos c-BAs o tornam um "material promissor" no amplo campo de circuitos elétricos e ajudará a melhorar a velocidade da CPU.
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