p Os pesquisadores tentaram uma variedade de métodos para desenvolver detectores que respondam a uma ampla gama de luz infravermelha - o que poderia formar matrizes de imagens para sistemas de segurança, ou células solares que captam uma gama mais ampla de energia solar - mas todos esses métodos enfrentaram limitações. Agora, um novo sistema desenvolvido por pesquisadores em cinco instituições, incluindo MIT, poderia eliminar muitas dessas limitações. p A nova abordagem é descrita em artigo publicado na revista. Nature Communications pelo estudante de pós-graduação do MIT Jonathan Mailoa, professor associado de engenharia mecânica Tonio Buonassisi, e 11 outros.

p Silício, que forma a base da maioria das tecnologias de semicondutores e células solares, normalmente permite que a maior parte da luz infravermelha passe direto. Isso ocorre porque o bandgap do material - uma propriedade eletrônica fundamental - requer um nível de energia maior do que aquele transportado pelos fótons de luz infravermelha. "O silício geralmente tem muito pouca interação com a luz infravermelha, "Buonassisi diz.

p Vários tratamentos de silício podem atenuar esse comportamento, geralmente criando um guia de ondas com defeitos estruturais ou dopando-o com certos outros elementos. O problema é que a maioria desses métodos tem efeitos negativos significativos no desempenho elétrico do silício; só funcionam a temperaturas muito baixas; ou apenas torna o silício responsivo a uma banda muito estreita de comprimentos de onda infravermelhos.

p O novo sistema funciona à temperatura ambiente e fornece uma ampla resposta infravermelha, Buonassisi diz. Ele incorpora átomos de ouro na superfície da estrutura do cristal de silício de uma forma que mantém a estrutura original do material. Adicionalmente, tem a vantagem de usar silício, um semicondutor comum de custo relativamente baixo, fácil de processar, e abundante.

p A abordagem funciona implantando ouro nos cem nanômetros de silício e, em seguida, usando um laser para derreter a superfície por alguns nanossegundos. Os átomos de silício recristalizam em uma estrutura quase perfeita, e os átomos de ouro não têm tempo de escapar antes de ficarem presos na rede.

p Na verdade, o material contém cerca de 1 por cento de ouro, uma quantidade mais de 100 vezes maior do que o limite de solubilidade do silício:Normalmente, é como se alguém colocasse mais açúcar em uma xícara de café do que o líquido poderia absorver, levando ao acúmulo de açúcar no fundo da xícara. Mas sob certas condições, materiais podem exceder seus limites normais de solubilidade, criando o que é chamado de solução supersaturada. Nesse caso, o novo método de processamento produz uma camada supersaturada de silício com átomos de ouro.

p "Ainda é um cristal de silício, mas tem uma enorme quantidade de ouro perto da superfície, "Buonassisi diz. Enquanto outros tentaram métodos semelhantes com outros materiais além do ouro, o trabalho da equipe do MIT é a primeira demonstração clara de que a técnica pode funcionar com ouro como material adicionado, ele diz.

p "É um grande marco, mostra que você pode fazer isso, "Mailoa diz." Isso é especialmente atraente porque podemos mostrar a resposta infravermelha de banda larga no silício em temperatura ambiente. "Embora este seja um trabalho em estágio inicial, para alguns propósitos especializados - como um sistema para ajustar o alinhamento do laser infravermelho - pode ser útil com relativa rapidez.

p Esse uso de ouro foi uma surpresa:geralmente o ouro é incompatível com qualquer coisa que envolva silício, Buonassisi diz. Mesmo a menor partícula dele pode destruir a utilidade de um microchip de silício - tanto que em muitas instalações de fabricação de chips, o uso de joias de ouro é estritamente proibido. "É uma das impurezas mais perigosas do silício, " ele diz.

p Mas nas concentrações muito altas alcançadas pelo doping a laser, Buonassisi diz, o ouro pode ter um impacto optoeletrônico positivo líquido quando a luz infravermelha incide sobre o dispositivo.

p Embora essa abordagem possa levar a sistemas de imagem infravermelha, Buonassisi diz, sua eficiência é provavelmente muito baixa para uso em células solares de silício. Contudo, este método de processamento a laser pode ser aplicável a diferentes materiais que seriam úteis para fazer células solares, ele diz. p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.