p (Phys.org) - A cereja do bolo para nanocristais semicondutores que fornecem um efeito optoeletrônico não amortecido pode existir como uma camada de estanho que segregar perto da superfície. p Um método de alterar as propriedades elétricas de um semicondutor é através da introdução de impurezas chamadas dopantes. Uma equipe liderada por Delia Milliron, um químico da Fundição Molecular do Berkeley Lab, um centro nacional de nanociências do Departamento de Energia dos EUA (DOE), demonstrou que tão importante quanto a quantidade de dopante é como o dopante é distribuído na superfície e por todo o material. Isso abre a porta para a engenharia da distribuição do dopante, a fim de controlar o comprimento de onda que o material irá absorver e, de maneira mais geral, como a luz interage com os nanocristais.

p "O doping em nanocristais semicondutores ainda é uma arte em evolução, "diz Milliron." Somente nos últimos anos as pessoas começaram a observar propriedades ópticas interessantes como resultado da introdução de dopantes a esses materiais, mas como os dopantes são distribuídos dentro dos nanocristais permanece amplamente desconhecido. Os locais que ocupam e onde estão situados em todo o material influenciam muito as propriedades ópticas. "

p A reivindicação mais recente de Milliron à fama, uma tecnologia de "janela inteligente" que não apenas bloqueia a radiação infravermelha (IR) natural, ao mesmo tempo que permite a passagem da luz visível através do vidro revestido transparente, mas também permite o controle independente sobre os dois tipos de radiação, depende de um semicondutor dopado chamado óxido de índio e estanho (ITO).

p ITO, em que o estanho (o dopante) substituiu alguns dos íons de índio no óxido de índio (o semicondutor), tornou-se o material nanocristal semicondutor dopado prototípico. É usado em todos os tipos de dispositivos eletrônicos, incluindo telas sensíveis ao toque, janelas inteligentes e células solares.

p "O que é empolgante sobre essa classe de materiais é que os dopantes são capazes de introduzir elétrons livres que se formam em alta densidade dentro do material, o que os torna condutores e, portanto, úteis como condutores transparentes, "diz Milliron

p Mas os mesmos elétrons fazem com que os materiais sejam plasmônicos na parte IV do espectro. Isso significa que a luz de comprimento de onda IV pode ser ressonante com elétrons livres no material:os campos elétricos oscilantes na luz ressoam e podem causar absorção.

p "[Esses materiais] podem absorver a luz infravermelha de uma forma que pode ser ajustada ao ajustar o doping, sendo ainda transparente à luz natural visível. Uma quantidade ajustável de absorção de luz infravermelha permite que você controle o aquecimento. Para nós, esse é o aplicativo de direção, "explica Milliron.

p Até agora, ajustes foram feitos alterando a quantidade de dopante no semicondutor. Intrigado com estudos em que as propriedades ópticas não se comportaram como esperado, O candidato a doutorado de Milliron e da Universidade da Califórnia (UC) Berkeley, Sebastien Lounis, analisou a espectroscopia de fotoelétrons de raios-X para sondar elétrons perto da superfície das amostras ITO e investigar a distribuição dos elementos dentro das amostras no Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL).

p O SSRL usa um feixe ajustável de fótons para excitar elétrons dentro do material. Se os elétrons estiverem próximos o suficiente da superfície, eles às vezes podem ser emitidos e coletados por um detector. Esses elétrons fornecem informações sobre as propriedades do material, incluindo a proporção das quantidades de diferentes elementos como índio e estanho em ITO. Aumentar a energia do feixe de raios-X mostra como a composição do estanho e do índio muda à medida que nos aprofundamos na amostra. Em última análise, a técnica de espectroscopia permitiu que Milliron e sua equipe investigassem a distribuição de dopagem em função da distância da superfície dos nanocristais.

p Estudos de dois conjuntos de amostras permitiram-lhes correlacionar a distribuição de estanho com propriedades ópticas, e mostraram que a forma e o comprimento de onda da absorção do plasmon dependiam da distribuição do estanho. O estanho segregado na superfície mostrou ativação reduzida de dopantes e ressonâncias plasmônicas simétricas, sem amortecimento causado pelos dopantes.

p "Quando a lata fica perto da superfície, ele interage apenas fracamente com a maioria dos elétrons livres, "explica Lounis." Isso nos dá os benefícios do doping, sem algumas desvantagens. "

p "Agora que sabemos como sondar, podemos buscar recursos de design direcionados para aplicações específicas, "conclui Milliron. A colocação deliberada de dopantes por design fornece uma nova ferramenta para" discar em materiais plasmônicos para fazer exatamente o que queremos em termos de interação com a luz. "

p Um artigo sobre esta pesquisa foi aceito para publicação no Jornal da American Chemical Society ( JACS ) em abril de 2014. O artigo é intitulado "A influência da distribuição de dopante nas propriedades plasmônicas dos nanocristais de óxido de índio e estanho", com Lounis como autor principal e Milliron como autor correspondente. Outros autores são Evan Runnerstorm, Amy Bergerud, e Dennis Nordlund.