Luz converte semicondutor em metal instantaneamente

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/02/2021

O pulso de luz converte o semicondutor em condutor em apenas 0,00000000000002 segundo.
[Imagem: Samuel Palato]

Semicondutor vira metal

Um semicondutor pode ser convertido em metal - tornar-se totalmente condutor -, e então de volta, tudo feito à distância simplesmente disparando luz sobre o material.

Esta descoberta tem potencial para simplificar drasticamente a fabricação de produtos eletrônicos - de computadores a chips para automóveis - e ainda aumentar a velocidade de processamento.

Embora a condutividade dos semicondutores - os materiais de que são feitos os transistores - possa ser alterada por um processo químico chamado "dopagem", esta técnica utilizada hoje pela indústria eletrônica tem limitações: As propriedades do material podem ser alteradas, mas permanecerão assim permanentemente.

O que Lukas Gierster e Julia Stähler, do Instituto Fritz Haber, na Alemanha, descobriram agora é uma forma de fazer um material alternar entre propriedades diferentes - isolante, semicondutor e condutor - de forma reversível, usando apenas luz.

Hoje, os chips em geral precisam de materiais condutores para conduzir a eletricidade, materiais semicondutores para fabricar os transistores, e materiais isolantes, para separar uns dos outros.

"Basicamente, o ideal é ter apenas um material que faça tudo, sempre que precisar," comentou a professora Julia Stähler.

Fotodopagem

Os pesquisadores estavam estudando o óxido de zinco, um semicondutor bem conhecido, quando descobriram que, ao atingi-lo com um laser, simplesmente iluminando-o, a superfície do semicondutor se tornava um excelente condutor elétrico, basicamente se convertendo em metal - e vice-versa.

Essa "fotodopagem" é obtida por fotoexcitação, ou energização pela luz: A luz modifica as propriedades eletrônicas de tal forma que os elétrons passam a se mover livremente de repente, permitindo que uma corrente elétrica flua. Assim que a luz é desligada, o material volta rapidamente a ser um semicondutor.

"Este mecanismo é uma descoberta completamente nova e surpreendente," disse Gierster. "Três coisas em particular nos surpreenderam: Por um lado, que a dopagem por luz e a química se comportam de forma muito semelhante, apesar de serem mecanismos fundamentalmente diferentes; dois, que mudanças gigantescas podem ser obtidas mesmo com uma potência de laser muito baixa; e, três, que ligar e desligar o metal acontece muito rapidamente."

De fato, a conversão de semicondutor em metal leva apenas 20 femtossegundos, o que é 0,00000000000002 segundo, ou 20^-15 segundo. Em outras palavras, a luz é um interruptor ultrarrápido que tem a "força" de alterar as propriedades semicondutoras do óxido de zinco para um comportamento metálico reversível.

Velocidade e simplicidade

Esta descoberta pode ser altamente benéfica para aparelhos de alta frequência e transistores ultrarrápidos, controlados opticamente, aumentando a velocidade de processamento e simplificando o projeto dos dispositivos. "Nossos aparelhos podem se tornar mais rápidos - e, portanto, mais inteligentes," disse Stähler. "A comutação ultrarrápida e de baixa potência das propriedades de condução nos fornecerá alta velocidade e flexibilidade de projeto."

A equipe já está testando outros semicondutores utilizados pela indústria, para ver se o mecanismo é geral ou apenas uma anomalia do óxido de zinco.

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