p Os materiais semicondutores desempenham um papel indispensável em nossa sociedade moderna orientada para a informação. Para desempenho confiável de dispositivos semicondutores, esses materiais precisam ter propriedades mecânicas superiores:eles devem ser fortes, bem como resistentes à fratura, apesar de ser rico em estruturas em nanoescala. p Recentemente, tornou-se cada vez mais claro que o ambiente óptico afeta a resistência estrutural dos materiais semicondutores. O efeito pode ser muito mais significativo do que o esperado, especialmente em semicondutores sensíveis à luz, e particularmente porque, devido a restrições tecnológicas ou custo de fabricação, muitos semicondutores só podem ser produzidos em massa em tamanhos muito pequenos e finos. Além disso, os testes de laboratório de sua força geralmente têm sido realizados em grandes amostras. À luz da recente explosão em aplicações emergentes em nanoescala, tudo isso sugere que há uma necessidade urgente de reavaliar a resistência dos materiais semicondutores sob condições de iluminação controlada e tamanhos de amostra finos.

p Para este fim, Grupo do professor Atsutomo Nakamura na Universidade de Nagoya, Japão, e o grupo do Dr. Xufei Fang na Universidade Técnica de Darmstadt desenvolveram uma técnica para estudar quantitativamente o efeito da luz nas propriedades mecânicas em nanoescala de pastilhas finas de semicondutores ou qualquer outro material cristalino. Eles o chamam de método de 'fotoindentação'. Essencialmente, um minúsculo, sonda pontiaguda recua o material enquanto ele é iluminado pela luz em condições controladas, e a profundidade e taxa em que a sonda recua a superfície pode ser medida. A sonda cria deslocamentos - deslizamentos de planos de cristal - perto da superfície, e usando um microscópio eletrônico de transmissão, os pesquisadores observam o efeito da luz em uma faixa de comprimentos de onda na nucleação de deslocamento (o nascimento de novos deslocamentos) e mobilidade de deslocamento (deslizamento ou deslizamento dos deslocamentos do ponto onde foram criados). A nucleação e a mobilidade são medidas separadamente pela primeira vez e é uma das novidades da técnica de fotoindentação.

p Os pesquisadores descobriram que, embora a luz tenha um efeito marginal na geração de deslocamentos sob carga mecânica, tem um efeito muito mais forte no movimento das deslocações. Quando ocorre um deslocamento, é energeticamente favorável para ele se expandir e se juntar (nuclear) com outros, e a imperfeição fica maior. A iluminação pela luz não afeta isso:os elétrons e buracos excitados no semicondutor pela luz (os portadores fotoexcitados) não afetam a energia de deformação do deslocamento, e é essa energia que determina a "tensão de linha" do deslocamento que controla o processo de nucleação.

p Por outro lado, deslocamentos também podem se mover em um chamado 'movimento de deslizamento', durante o qual portadores fotoexcitados são arrastados por deslocamentos via interação eletrostática. O efeito dos portadores fotoexcitados neste movimento de deslocamento é muito mais pronunciado:se forem produzidos portadores suficientes, o material se torna muito mais forte.

p Esse efeito é demonstrado de forma impressionante quando o mesmo experimento é realizado na escuridão total e, em seguida, sob iluminação com luz em um comprimento de onda que corresponde ao intervalo de banda do semicondutor (que produz um número maior de portadores fotoexcitados). Quando recuado, qualquer material sólido inicialmente sofre "deformação plástica" - mudando de forma sem saltar para trás, um pouco como massa - até que a carga se torne muito grande, sobre o qual se racha. O grupo de pesquisa da Universidade de Nagoya demonstrou que o sulfeto de zinco semicondutor inorgânico (ZnS) na escuridão total se comporta como uma massa, deformando-se em enormes 45% sob tensão de cisalhamento sem rachar ou se desfazer. Contudo, quando iluminado no comprimento de onda correto, fica muito difícil. Em outros comprimentos de onda, torna-se menos difícil.

p As novas descobertas demonstram que a deformação puramente plástica sem a formação de rachaduras em materiais semicondutores ocorre em nanoescala. Com relação ao comportamento mecânico, esses semicondutores, portanto, se assemelham a materiais metálicos. Este recém-estabelecido, protocolo experimental robusto torna possível avaliar o efeito da luz na resistência até mesmo de materiais não semicondutores que são muito finos. O professor Nakamura observa:"Um aspecto particularmente importante é que os não-semicondutores podem exibir propriedades semicondutoras perto da superfície, devido à oxidação, por exemplo, e uma vez que o ponto de partida da deformação ou fratura é frequentemente a superfície, é de grande importância estabelecer um método para medir com precisão a resistência dos materiais sob condições de iluminação controlada na própria superfície, em nanoescala. "

p O efeito de endurecimento que os pares de elétron-buraco liberados pela iluminação de luz têm na resistência do material - suprimindo a propagação de deslocamentos, particularmente perto da superfície - é parte de uma mudança de paradigma na ciência da força material. Convencionalmente, ao considerar a resistência de um material, o arranjo atômico era a menor unidade. Em outras palavras, havia a premissa de que a resistência do material poderia ser entendida a partir do arranjo atômico e da teoria da elasticidade. Contudo, estudos recentes relataram que as características de resistência dos materiais mudam significativamente devido a influências externas, como luz e um campo elétrico. Portanto, O professor Nakamura observa, "está se tornando cada vez mais aceito que outros pontos de vista devem ser adicionados à teoria da resistência do material, que incluem o movimento dos elétrons e buracos que são menores do que os átomos."

p “Este estudo reafirma o efeito do nível quântico na resistência de tais materiais. pode-se dizer que esta pesquisa atingiu um marco na mudança de paradigma no campo da força material que está ocorrendo atualmente. "

p O Dr. Xufei Fang acrescenta:"Agora que a criação de dispositivos na verdadeira nanoescala está se tornando uma realidade, o impacto da luz na resistência estrutural de vários semicondutores inorgânicos é uma questão a ser considerada. "