Diamantes que esticam inauguram nova era da eletrônica
As pequenas pontes de diamante podem ser esticadas até quase 10% de seu comprimento e retornam ao seu formato original sem sofrer danos. |
Eletrônica do diamante
Os diamantes são
os materiais naturais mais duros que se conhece, e a dureza tipicamente elimina
outra propriedade dos materiais que pode ser muito útil: a flexibilidade.
Por isso, foi uma surpresa quando
Chaoqun Dang e seus colegas da Universidade Cidade de Hong Kong anunciaram ter
conseguido fabricar diamantes relativamente grandes - na escala dos micrômetros
- que podem ser esticados e retornarem ao seu formato original quando a força é
retirada.
E isso não é apenas uma
curiosidade científica: Diamantes elásticos podem abrir caminho para uma
eletrônica avançada, de semicondutores mais eficientes do que o silício a
tecnologias de informação quântica.
A eletrônica
baseada no diamante é um sonho antigo dos engenheiros porque o
diamante é um material eletrônico e fotônico de alto desempenho devido a uma
condutividade térmica ultra-elevada, mobilidade excepcional dos elétrons, alta
resistência à ruptura e bandgap muito elevada - esse "hiato de
banda" é uma propriedade-chave dos semicondutores, com seu aumento
viabilizando a operação de componentes de maior potência ou maior frequência.
O problema é que, embora torne o
diamante o semicondutor por excelência, esse hiato de banda elevado e a alta
densidade dos cristais tornam o diamante difícil de dopar - a dopagem é um
mecanismo essencial na eletrônica, permitindo controlar as propriedades de um
material, normalmente o silício, adicionando pequenas quantidades de outros
materiais.
Outra saída, também usada no
silício, consiste no tensionamento do material, que permite controlar as
propriedades ópticas e eletrônicas esticando a rede cristalina do semicondutor.
O problema é que esticar o diamante como se ele fosse uma borracha parecia um
objetivo mais difícil do que dopar seus cristais ultradensos. Foi esse desafio
que Dang e seus colegas venceram.
Diamantes elásticos
A equipe primeiramente cultivou
amostras de diamante monocristalino a partir de cristais únicos de diamante
sintético. As amostras têm a forma de uma ponte, com cerca de um micrômetro de
comprimento e 300 nanômetros de largura, com as extremidades mais largas para
poderem ser agarradas e presas.
Essas pontes de diamante foram
então esticadas ao longo de seu eixo mais longo de uma maneira bem controlada.
Submetidas a ciclos contínuos e controlados de tração, as pontes de diamante
demonstraram uma grande deformação elástica altamente uniforme, com uma
deformação média de cerca de 7,5% de seu comprimento (máximo de 9,7%) em toda a
seção mais estreita.
E elas recuperam sua forma
original quando a força de tensionamento é retirada.
A demonstração é um avanço
significativo em relação ao trabalho anterior da equipe, que havia demonstrado
que o diamante pode ser dobrado e esticado, só que, naquela
ocasião, usando nanoagulhas de diamante, que não são muito úteis para
aplicações práticas.
Esticamento do diamante, visto sob o microscópio. |
Diamante semicondutor
Em uma série de experimentos, a
equipe comprovou que o esticamento de suas placas de diamante microfabricadas
pode alterar fundamentalmente as propriedades eletrônicas do diamante,
incluindo uma redução da bandgap de quase 2 elétrons-volt - tudo a
temperatura ambiente.
Além disso, simulações em
computador feitas com as características do diamante elástico mostraram que
a bandgap pode ser mudada de indireta para direta com deformações de
tração maiores que 9% ao longo de uma determinada orientação cristalina -
uma bandgap direta em um semicondutor significa que um elétron pode
emitir diretamente um fóton, permitindo muitas aplicações optoeletrônicas com
maior eficiência.
"Acredito que uma nova era
para o diamante está diante de nós," disse o Dr. Yang Lu, coordenador da
equipe.
Noticia: Inovação Tecnologica
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