Silício com estrutura hexagonal pode alavancar a próxima geração de eletrônicos
Por Gustavo Minari | Editado por Douglas Ciriaco | 08 de Junho de 2021 às 19h00
Pesquisadores do Instituto Carnegie, nos EUA, desenvolveram um novo tipo cristalino de silício que possui uma estrutura hexagonal, com um potencial energético mais eficiente do que as formas cúbicas desse elemento químico usadas atualmente pela indústria.
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A descoberta pode ser a peça que faltava para a criação de dispositivos eletrônicos e de energia da próxima geração, como transistores de alto desempenho computacional e dispositivos fotovoltaicos para captação e geração de energia solar de maneira mais eficiente.
"O interesse pelo silício hexagonal remonta à década de 1960, devido à possibilidade de propriedades eletrônicas ajustáveis que poderiam melhorar o desempenho além da sua forma cúbica", explica um dos responsáveis pelo estudo, o professor Timothy Strobel.
Silício 2.0
Cerca de um quarto da crosta terrestre é composta de silício, o segundo elemento mais abundante do planeta, atrás apenas do oxigênio. Como areia combinada com outros materiais, ele é essencial para a construção civil. Já em sua forma pura, o silício é amplamente usado na fabricação de componentes eletrônicos, como os chips de computador.
O silício convencional pode assumir diversas formas cristalinas chamadas alótropos, substâncias diferentes criadas a partir do mesmo elemento. As formas mais comuns de silício, usadas em dispositivos eletrônicos e painéis solares, possuem a mesma estrutura do diamante.
Como essa configuração estrutural não é otimizada para o salto tecnológico dos componentes da próxima geração, os pesquisadores criaram primeiramente um silício especial com uma estrutura aberta composta por vários canais unidimensionais chamada Si24.
Depois, eles aperfeiçoaram a técnica em laboratório, utilizando cristais altamente orientados em vários estágios com quatro camadas repetidas dentro de uma estrutura hexagonal classificada como 4H-Si.
Hexágonos
Formas hexagonais de silício sintetizadas anteriormente possuíam a característica de nanocristais que coexistiam com materiais desordenados. Ao utilizar ferramentas de computação avançada, a equipe do Instituto Carnegie conseguiu entender o mecanismo de transição dos arranjos presentes no silício Si24 para o 4H-Si.
Com esse esquema aperfeiçoado, foi possível determinar a relação estrutural capaz de preservar a produção de cristais altamente orientados em um sistema de hexágonos com grande capacidade funcional e eficiência energética.
"Além de expandir nosso controle fundamental sobre a síntese de novas estruturas, a descoberta de cristais de silício 4H em massa abre a porta para pesquisas futuras interessantes, capazes de ajustar as propriedades ópticas e eletrônicas por meio de engenharia de deformação e substituição elementar, com características físicas que potencialmente excedem as do silício em forma de diamante", completa o coautor do estudo, professor Thomas Shiell.