Os cientistas descobriram como transformar um isolador de diamante em um condutor e um semicondutor

Como a pedra filosofal mítica para os alquimistas, o diamante pode ser o material que mudará a maneira como as pessoas pensam sobre a fabricação de eletrônicos. Como um grupo internacional de cientistas descobriu, a deformação mecânica transforma os diamantes de um isolador em semicondutores e condutores. Além disso, essa transformação é reversível e controlável, o que pode abrir caminho para melhorar quase todo o espectro de dispositivos eletrônicos de transistores a painéis solares.

Expliquemos desde já que os dados da pesquisa estão em um estágio muito inicial, na verdade, no estágio de justificativa teórica e modelagem computacional. Antes da fabricação de qualquer dispositivo eletrônico a partir de diamantes deformados de forma controlada está muito, muito longe. No entanto, a indústria de produção de diamantes artificiais está se desenvolvendo tão rapidamente que a implementação prática subsequente dos desenvolvimentos pode funcionar como um relógio.

Quanto à ideia que está por trás do projeto de deformação controlada da rede cristalina, ela não é nova e já está sendo utilizada, por exemplo, na produção de semicondutores na forma do chamado silício deformado. Mas no caso da produção de silício deformado, a rede cristalina é deformada em cerca de 1% de sua estrutura, enquanto o diamante permite a deformação de até 10% da estrutura sem destruição, e isso permite moldar a partir dele até mesmo um semicondutor, até mesmo um condutor com a maior condutividade.

A essência da transformação é que a deformação mecânica altera o gap do diamante. Inicialmente, é muito grande – 5,6 elétron-volts. É extremamente difícil para os elétrons nos nós da rede cristalina superar essa barreira de energia e, portanto, o diamante é um excelente isolante para corrente elétrica. A deformação mecânica, conforme mostrado por simulações de computador usando dados da mecânica quântica e aprendizado de máquina, muda a estrutura cristalina de um diamante de modo que o gap diminui de 5,6 elétron-volts para 0 e pode ser restaurado.

Na região vermelha da nano-agulha deformada do diamante, o material se torna um condutor (ilustração do artigo)

Simplificando, um diamante pode se tornar um elemento de uma porta de transistor, um LED ou um elemento muito eficaz de um painel solar, que, em sua simplicidade e eficiência, será capaz de superar todos os análogos complexos modernos.

Acrescentamos que o estudo foi realizado por cientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, da Universidade Tecnológica de Nanyang (NTU) de Cingapura e dois funcionários da Skoltech: Evgeny Tsymbalov e Alexander Shapeev. Um artigo com os resultados da pesquisa foi publicado na revista Proceedings of the National Academy of Sciences.