Cientistas conseguem quebrar ligações químicas com raios laser

Redação do Site Inovação Tecnológica - 23/05/2006

Há décadas os cientistas sonham em quebrar as ligações entre átomos utilizando raios laser. A técnica abre a possibilidade para a alteração química de materiais sem a utilização de outros elementos, catalisadores, calor, pressão etc.

Pois foi justamente isso o que conseguiram cientistas norte-americanos de várias universidades, trabalhando conjuntamente. Ajustando os raios laser para oscilar em fase com as vibrações naturais dos átomos, eles conseguiram arrancar átomos de hidrogênio de cristais de silício.

É apenas o primeiro passo, ainda em escala de laboratório, mas a técnica abre caminho para um novo paradigma na construção de componentes eletrônicos. Os delicados cristais que formam os diodos e transistores - os blocos básicos com que são feitos os chips de computador - poderão ser ajustados com precisão, sem que o processo de produção introduza neles defeitos ou impurezas.

"Nós estamos fazendo química com um bisturi," brinca o cientista Philip Cohen, da Universidade de Minnesota. "Nós podemos quebrar apenas as ligações químicas que quisermos."

A remoção do hidrogênio de cristais de silício tem um interesse todo especial para a indústria eletrônica. O silício é a base de toda a eletrônica que conhecemos. Mas ele tem uma predileção toda especial pelo oxigênio, o que altera a sua estrutura e inviabiliza seu uso em chips.

Por isso, antes de crescer os cristais de silício, os engenheiros recobrem o material com hidrogênio. Mas o silício cresce em camadas e o hidrogênio atrapalha a conexão entre suas camadas. O hidrogênio deve, então, ser retirado, para que uma nova camada de cristal de silício cresça sobre a anterior.

Hoje, o hidrogênio é retirado aplicando-se calor sobre o cristal. Com a nova técnica, o calor poderá ser suprimido, eliminando-se também os defeitos estruturais que a elevação de temperatura causa no silício. Esses defeitos representam um fator de elevação de custos na fabricação dos chips, já que as pastilhas defeituosas devem ser descartadas.

Pescando átomos

As ligações químicas entre os átomos não são estáticas; elas vibram, fazendo os átomos se aproximarem e se distanciarem em um movimento contínuo. A freqüência de vibração da ligação silício-hidrogênio está na mesma faixa da vibração da luz infravermelha.

Quando um feixe de laser infravermelho é direcionado com precisão na ligação química, seus fótons entram em ressonância com a ligação, sendo absorvidos por ela. Quando uma quantidade suficiente de luz é absorvida, a ligação química se quebra, liberando o hidrogênio.

Os cientistas também descobriram que o deutério, uma forma mais pesada de hidrogênio, possui uma freqüência de ressonância diferente do hidrogênio. Isso significa que a técnica poderá ser eficiente na separação de ligações químicas muito parecidas ou entre elementos próximos entre si na tabela periódica.

Nanotecnologia

"Removendo seletivamente os átomos de hidrogênio das extremidades de nanofios - estruturas medindo tipicamente entre cinco e 10 nanômetros de largura - nós poderemos controlar e direcionar seu desenvolvimento, que atualmente é um processo aleatório," diz Cohen.

Outra possibilidade é o crescimento direcionado de um cristal de silício, construindo lacres, por exemplo, ao redor de sensores nanoscópicos.

"Este é um exemplo de um trabalho muito fundamental, envolvendo um sistema que é incrivelmente importante para a tecnologia, e controlar reações no silício sem dúvida nenhuma terá implicações profundas," diz ele.

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