p Como um cubo de gelo em um dia quente, a maioria dos materiais derrete - isto é, mudar de um estado sólido para um estado líquido - à medida que ficam mais quentes. Mas alguns materiais estranhos fazem o contrário:eles derretem à medida que esfriam. Agora, uma equipe de pesquisadores do MIT descobriu que o silício, o material mais usado para chips de computador e células solares, pode exibir esta estranha propriedade de "derretimento retrógrado" quando contém altas concentrações de certos metais dissolvidos nele. p O material, um composto de silício, cobre, níquel e ferro, "derrete" (na verdade, passando de um sólido para uma mistura semelhante a lama de material sólido e líquido) à medida que esfria abaixo de 900 graus Celsius, enquanto o silício normalmente derrete a 1414 graus C. As temperaturas muito mais baixas permitem observar o comportamento do material durante a fusão, com base na tecnologia especializada de microssonda de fluorescência de raios-X usando um síncrotron - um tipo de acelerador de partículas - como fonte.

p O material e suas propriedades são descritos em artigo publicado online na revista. Materiais avançados. O líder da equipe, Tonio Buonassisi, o Professor Assistente de Engenharia Mecânica e Fabricação da SMA, é o autor sênior, e os autores principais são Steve Hudelson MS '09, e pós-doutoranda Bonna Newman PhD ’08.

p As descobertas podem ser úteis para reduzir o custo de fabricação de alguns dispositivos baseados em silício, especialmente aqueles em que pequenas quantidades de impurezas podem reduzir significativamente o desempenho. No material que Buonassisi e seus pesquisadores estudaram, impurezas tendem a migrar para a porção líquida, deixando regiões de silício mais puro para trás. Isso poderia tornar possível a produção de alguns dispositivos baseados em silício, como células solares, usando um menos puro, e, portanto, menos caro, grau de silício que seria purificado durante o processo de fabricação.

p “Se você pode criar pequenas gotículas de líquido dentro de um bloco de silício, eles servem como pequenos aspiradores de pó para sugar as impurezas, ”Buonassisi diz. Essa pesquisa também pode levar a novos métodos para fazer arranjos de nanofios de silício - tubos minúsculos que são altamente condutores de calor e eletricidade.

p Buonassisi previu em um artigo de 2007 que deveria ser possível induzir a fusão retrógrada no silício, mas as condições necessárias para produzir tal estado, e estudá-lo em um nível microscópico, são altamente especializados e só recentemente se tornaram disponíveis. Para criar as condições certas, Buonassisi e sua equipe tiveram que adaptar um dispositivo de “estágio quente” do microscópio que permitiu aos pesquisadores controlar com precisão a taxa de aquecimento e resfriamento. E para realmente observar o que estava acontecendo enquanto o material era aquecido e resfriado, eles se basearam em fontes de raios-X baseadas em síncrotron de alta potência no Lawrence Berkeley National Laboratory na Califórnia e no Argonne National Laboratory em Illinois (pesquisadores de ambos os laboratórios nacionais são co-autores do artigo).

p A pesquisa foi apoiada pelo Departamento de Energia dos EUA, a National Science Foundation, a Fundação Clare Booth Luce, Doug Spreng e a Fundação da Família Chesonis, e alguns equipamentos foram fornecidos pela McCrone Scientific.

p O material para os testes consistia em uma espécie de sanduíche feito de duas finas camadas de silício, com recheio de cobre, níquel e ferro entre eles. Este foi primeiro aquecido o suficiente para fazer com que os metais se dissolvessem no silício, mas abaixo do ponto de fusão do silício. A quantidade de metal era tal que o silício se tornou supersaturado - isto é, mais do metal foi dissolvido no silício do que normalmente seria possível em condições estáveis. Por exemplo, quando um líquido é aquecido, pode dissolver mais de outro material, mas então, quando resfriado, pode se tornar supersaturado, até que o excesso de material precipite.

p Nesse caso, onde os metais foram dissolvidos no silício sólido, “Se você começar a esfriar, você atinge um ponto em que induz precipitação, e não tem escolha a não ser precipitar em uma fase líquida, ”Buonassisi diz. É nesse ponto que o material derrete.

p Matthias Heuer, um cientista pesquisador sênior da Calisolar, uma empresa iniciante de energia solar, diz que este trabalho é “único e novo em nosso campo, ”E“ permite uma visão muito boa sobre como os metais de transição e os defeitos estruturais interagem. ” Mas ele acrescenta que ainda há uma série de perguntas a serem respondidas na pesquisa de acompanhamento:“Agora que sabemos que inclusões líquidas podem se formar, a questão é, quão eficientes eles são como sumidouros de impurezas? Eles são estáveis? Eles podem manter as impurezas localizadas durante outras etapas do processo - por exemplo, durante o processo final de disparo de uma célula solar? ”