p Os nanofios de silício são amplamente reconhecidos como candidatos para uso em sensores de próxima geração, eletrodos de bateria e células solares, e os cálculos de primeiro princípio são uma ferramenta importante no desenvolvimento dessas aplicações. A maioria dos cálculos realizados até agora considerou apenas nanofios com diâmetros inferiores a 4 nanômetros, embora na prática, dispositivos de nanofios normalmente têm diâmetros muito maiores. p Man-Fai Ng do Instituto A * STAR de Computação de Alto Desempenho e colegas de trabalho em Cingapura já realizaram cálculos de primeiro princípio para simular as propriedades dos nanofios de silício com diâmetros de até 7,3 nanômetros (ver imagem). Os pesquisadores examinaram nanofios que variam de escalas atômicas (diâmetros de ~ 1 nanômetro) até o limite de grande diâmetro, ponto em que eles começam a se assemelhar ao silício em massa. Os pesquisadores estudaram o intervalo de banda do nanofio - um parâmetro-chave que afeta as propriedades elétricas e ópticas - e descobriram que isso diminuía com o aumento do diâmetro. Os resultados da simulação foram consistentes com os obtidos no experimento, e a tendência era mais previsível em diâmetros maiores.

p Ng e seus colegas de trabalho também estudaram como os bandgaps "direto" e "indireto" mudam quando o diâmetro do nanofio de silício aumenta. O silício a granel tem um bandgap indireto, o que significa que a excitação de uma operadora de carga móvel deve ser acompanhada por uma mudança simultânea em seu momentum. Porque isso é relativamente improvável, o silício a granel é um pobre absorvedor e emissor de luz. Semicondutores com bandgaps diretos, por outro lado, são opticamente ativos. A equipe de pesquisadores descobriu que bandgaps de nanofios de silício assumiram características indiretas acima de diâmetros de cerca de 4 nanômetros, e características diretas para diâmetros menores.

p Os pesquisadores também foram capazes de calcular a maneira como o diâmetro do nanofio afeta a localização dos átomos dopantes ao longo do raio do nanofio. “Átomos estranhos como o boro são usados ​​para aumentar a densidade das cargas móveis, e sua localização exata pode ter um forte efeito no comportamento dos nanofios, ”Diz Ng. “Nós mostramos que os átomos dopantes de boro são mais prováveis ​​de serem encontrados tanto no núcleo do nanofio quanto na superfície em nanofios de diâmetro maior, e principalmente na superfície para diâmetros menores. ”

p Ng e seus colegas de trabalho imaginam que elucidar a relação entre bandgap e diâmetro será útil para o desenvolvimento de dispositivos de silício em nanoescala. O trabalho também é significativo como prova de princípio. “À medida que os recursos computacionais continuam a melhorar e cair no preço, a demanda por simulações de primeiros princípios de problemas de grande escala crescerá. Nosso trabalho demonstra a viabilidade de abordar um desses problemas, ”Diz Ng.