Os avanços de nossa era eletrônica dependem de nossa capacidade de controlar como a carga elétrica se move, do ponto A ao ponto B, através de circuitos. Fazer isso requer uma precisão particular, para aplicativos que vão desde computadores, sensores de imagem e células solares, e essa tarefa cabe aos semicondutores.

Agora, uma equipe de pesquisa nas escolas de Engenharia e Ciências Aplicadas e Artes e Ciências da Universidade da Pensilvânia mostrou como controlar as características de nanofios semicondutores feitos de um material promissor:seleneto de chumbo.

Liderado por Cherie Kagan, professor dos departamentos de Engenharia Elétrica e de Sistemas, Ciência e Engenharia de Materiais e Química e codiretor da Pennergy, O centro da Penn concentra-se no desenvolvimento de tecnologias alternativas de energia, a pesquisa da equipe foi conduzida principalmente por David Kim, um aluno de pós-graduação no programa de Ciência e Engenharia de Materiais.

O trabalho da equipe foi publicado online na revista ACS Nano e será apresentado no podcast de abril do Journal.

A principal contribuição do trabalho da equipe tem a ver com o controle das propriedades condutoras dos nanofios de seleneto de chumbo nos circuitos. Semicondutores vêm em dois tipos, n e p, referindo-se à carga negativa ou positiva que eles podem carregar. Aqueles que movem elétrons, que tem uma carga negativa, são chamados de "tipo n". Suas contrapartes "tipo p" não movem prótons, mas sim a ausência de um elétron - um "buraco" - que é o equivalente a mover uma carga positiva.

Antes de serem integrados ao circuito, o nanofio semicondutor deve ser "conectado" a um dispositivo. Eletrodos de metal devem ser colocados em ambas as extremidades para permitir que a eletricidade entre e saia; Contudo, a "fiação" pode influenciar as características elétricas observadas dos nanofios, se o dispositivo parece ser tipo n ou tipo p. Contaminação, mesmo do ar, também pode influenciar o tipo de dispositivo. Por meio de uma síntese isenta de ar rigorosa, purificação e análise, eles mantiveram os nanofios limpos, permitindo-lhes descobrir as propriedades únicas desses nanomateriais de seleneto de chumbo.

Os pesquisadores projetaram experimentos que lhes permitiram separar a influência da "fiação" de metal no movimento dos elétrons e buracos daquela do comportamento intrínseco aos nanofios de seleneto de chumbo. Ao controlar a exposição do dispositivo de nanofio semicondutor ao oxigênio ou à hidrazina química, eles foram capazes de alterar as propriedades condutoras entre o tipo-p e o tipo-n. Alterando a duração e a concentração da exposição, o tipo de dispositivo nanofio pode ser invertido e voltado.

"Se você expor as superfícies dessas estruturas, que são exclusivos de materiais em nanoescala, você pode torná-los tipo p, você pode torná-los do tipo n, e você pode torná-los em algum lugar entre, onde pode conduzir elétrons e buracos, "Kagan disse." Isso é o que chamamos de 'ambipolar'. "

Dispositivos combinando um semicondutor tipo n e um tipo p são usados ​​em muitas aplicações de alta tecnologia, desde os circuitos da eletrônica do dia a dia, para células solares e termoelétricas, que pode converter calor em eletricidade.

"Pensar em como podemos construir essas coisas e aproveitar as características dos materiais em nanoescala é realmente o que esse novo entendimento permite, "Kagan disse.

Descobrir as características dos materiais em nanoescala e seu comportamento nas estruturas dos dispositivos são os primeiros passos na busca por suas aplicações.

Esses nanofios de seleneto de chumbo são atraentes porque podem ser sintetizados por métodos de baixo custo em grandes quantidades.

"Comparado com o grande maquinário de que você precisa para fazer outros dispositivos semicondutores, é significativamente mais barato, "Kagan disse." Não parece muito mais complicado do que os capuzes que as pessoas reconheceriam de quando tiveram que fazer o laboratório de química.

Além do baixo custo, o processo de fabricação de nanofios de seleneto de chumbo é relativamente fácil e consistente.

"Você não precisa ir a altas temperaturas para obter grandes quantidades desses nanofios de seleneto de chumbo de alta qualidade, "Kim disse." As técnicas que usamos são de alto rendimento e alta pureza; podemos usar todos eles. "

E porque as qualidades condutoras dos nanofios de seleneto de chumbo podem ser alteradas enquanto eles estão situados em um dispositivo, eles têm uma gama mais ampla de funcionalidades, ao contrário dos semicondutores de silício tradicionais, que deve primeiro ser "dopado" com outros elementos para torná-los "p" ou "n".

O trabalho da equipe da Penn é um passo em direção à integração desses nanomateriais em uma variedade de dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos, como fotossensores.