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Os diodos permitem fluxos direcionados de corrente. Sem eles, a eletrônica moderna seria inconcebível. Até agora, eles tinham que ser feitos de dois materiais com características diferentes. Uma equipe de pesquisa da Universidade Técnica de Munique (TUM) descobriu agora um material que permite criar um diodo com uma simples mudança de temperatura.
A fabricação de um diodo geralmente envolve a combinação de dois materiais semicondutores com propriedades diferentes. Na maioria dos casos, são formas modificadas de silício às quais são adicionados diferentes elementos para criar as características desejadas. Esse processo é conhecido como doping.
A dopagem com fósforo, arsênico ou antimônio, que adiciona elétrons livres ao material, é chamada de dopagem tipo n. O n refere-se aos elétrons carregados negativamente. Boro, alumínio e gálio, por outro lado, ligam elétrons do silício, resultando em buracos carregados positivamente. O material é p-dopado. A combinação dos dois materiais produz um diodo que permite que a corrente flua apenas em uma direção.
A temperatura altera as características do material
“Encontramos agora um material que podemos fazer com que seja n-condutor ou p-condutor simplesmente alterando a temperatura”, diz Tom Nilges, professor de Síntese e Caracterização de Materiais Inovadores na TUM. Os pesquisadores conseguiram mostrar que uma mudança de temperatura de apenas alguns graus é suficiente para provocar esse efeito – e que um diodo funcional pode ser criado com um gradiente de temperatura dentro do material.
“Quando o material está em temperatura ambiente, temos um condutor p completamente normal. Se então aplicarmos um gradiente de temperatura, podemos gerar simultaneamente um condutor n nas áreas aquecidas”, explica o Prof. Nilges. Um aspecto importante para as aplicações: o efeito funciona em faixas de temperatura ambiente. “Para gerar um diodo, basta um aumento de temperatura local de apenas alguns graus – no nosso caso, de 22 a 35°C.”
Para Nilges, a eliminação da necessidade de dopagem não é a única vantagem: “Todo diodo que é produzido está sempre lá. Com nosso material isso não acontece: com o gradiente de temperatura, o diodo também desaparece. Se for necessário novamente , basta criar um gradiente de temperatura. Se pensarmos na gama de aplicações dos diodos, por exemplo, em células solares ou em todo tipo de componente eletrônico, fica evidente o potencial desta invenção.”
Composição complexa
A busca pelo material perfeito envolveu 12 anos de trabalho, que agora culminou na descoberta da equipe do haleto de calcogeneto metálico de cunhagem Ag18Cu3Te11Cl3. É constituído pelos elementos prata, cobre, telúrio e cloro. Os pesquisadores se depararam com essa classe de compostos ao explorar materiais termoelétricos, que geram eletricidade a partir do calor. Um material que eles estudaram exibiu o efeito de comutação pn. No entanto, isso foi observado apenas na faixa de temperatura em torno de 100°C, o que é inadequado para aplicações práticas.
Após extensa análise e experimentação, em Ag18Cu3Te11Cl3 os pesquisadores descobriram um material que apresenta o efeito desejado e também é adequado para aplicações em temperaturas normais. “Outros grupos de pesquisa também descobriram esse efeito de comutação em vários materiais, mas até agora ninguém conseguiu convertê-lo em uma aplicação específica”, explica Nilges.
Como próximo passo, os pesquisadores planejam mostrar que seu material pode ser usado para criar transistores por meio de mudanças de temperatura.
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Universidade Técnica de Munique (TUM). Nota: O conteúdo pode ser editado para estilo e duração.
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