Semicondutor impossível pode ser positivo e negativo ao mesmo tempo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 03/04/2019

O cristal é bem conhecido, mas ninguém havia descoberto essa sua dupla personalidade.
[Imagem: Bin He et al. - 10.1038/s41563-019-0309-4]

Semicondutor positivo e negativo

Virtualmente toda a nossa tecnologia - dos transistores que formam os computadores e demais aparelhos eletrônicos às células solares e LEDs - está baseada nos materiais semicondutores.

E, para formar todos esses componentes, os semicondutores precisam vir em dois sabores: positivos e negativos. Um transístor, por exemplo, é resultado da mistura de uma fatia de material "n", adequado para armazenar elétrons, e uma fatia de material "p", adequado para armazenar lacunas.

Cada elétron tem carga negativa e pode irradiar ou absorver energia dependendo de como é manipulado. Lacunas - essencialmente, a ausência de um elétron - têm uma carga positiva. Dispositivos eletrônicos funcionam movendo elétrons e lacunas - essencialmente conduzindo eletricidade.

Agora, Bin He e colegas da Universidade do Estado de Ohio, nos EUA, descobriram o primeiro material capaz de cumprir esses dois papéis, o que promete simplificar muito a eletrônica.

"Isso é um dogma na ciência, que ou você tem elétrons ou tem lacunas, mas não os dois. Mas nossas descobertas viram isso de cabeça para baixo. E não é que um elétron se torne uma lacuna, porque é o mesmo conjunto de partículas. Aqui, se você olhar para o material de uma maneira, parece um elétron, mas se você olhar de outra maneira, parece uma lacuna," disse o professor Wolfgang Windl.

"Nós essencialmente descobrimos um material com dupla personalidade. É um conceito que não existia antes," completou seu colega Joseph Heremans.

O fenômeno de portar cargas positivas ou negativas foi batizado de goniopolaridade.
[Imagem: Bin He et al. - 10.1038/s41563-019-0309-4]

Goniopolaridade

O material positivo-negativo é um cristal de fórmula NaSn₂As₂ - sódio (Na), estanho (Sn) e arsênio (As).

Os pesquisadores fizeram a descoberta quase por acidente. Bin He estava medindo as propriedades do cristal quando percebeu que o material se comportava às vezes como um portador de elétrons e, às vezes como um portador de lacunas - algo que, naquele momento, a ciência dizia ser impossível. Ele pensou que tivesse cometido um erro, então refez o experimento repetidas vezes, mas obteve sempre o mesmo resultado.

A equipe chamou esse fenômeno de dupla capacidade de portar cargas de "goniopolaridade".

Eles acreditam que o material funciona dessa maneira por causa de sua estrutura eletrônica em camadas, mas isso precisará ser confirmado nos estudos posteriores.

A equipe também afirma que é provável que outros materiais em camadas possam exibir essa propriedade. "Nós apenas não os encontramos ainda. Mas agora sabemos procurar por eles," disse Heremans.

"A goniopolaridade pode permitir explorações futuras de fenômenos de transporte complexos que levem a conceitos de dispositivos sem precedentes," escreveu a equipe.

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