Os semicondutores – principalmente o silício – são o coração dos dispositivos eletrônicos que usamos todos os dias, incluindo aquele que você está usando atualmente para ler este artigo. Apesar de seu uso generalizado, os semicondutores apresentam certas limitações. A estrutura atômica de qualquer material vibra, o que leva à criação de partículas quânticas conhecidas

Os semicondutores – principalmente o silício – são o coração dos dispositivos eletrônicos que usamos todos os dias, incluindo aquele que você está usando atualmente para ler este artigo. Apesar de seu uso generalizado, os semicondutores apresentam certas limitações.

A estrutura atômica de qualquer material vibra, o que leva à criação de partículas quânticas conhecidas como fônons. Esses fônons, por sua vez, fazem com que as partículas que transportam energia e informações dentro dos dispositivos eletrônicos se espalhem em nanossegundos e femtossegundos. Isso leva à perda de energia na forma de calor e também limita a velocidade de transferência de informações.

Agora, cientistas da Universidade de Columbia descobriram o semicondutor mais rápido e eficiente até agora. O material superatômico, chamado Re6Se8Cl2é composto de uma mistura de átomos de rênio, selênio e cloro que se agrupam e agem como um único átomo grande.

Em Ré6Se8Cl2, os excitons não se dispersam quando entram em contato com os fônons. Em vez disso, eles realmente se ligam aos fônons para criar novas quasipartículas chamadas exciton-polarons acústicos. Os polarons em Re6Se8Cl2 são capazes de fluxo balístico ou livre de dispersão. Esse comportamento balístico pode significar um dia dispositivos mais rápidos e eficientes, dizem os pesquisadores.

Em experimentos, a equipe descobriu que excitons-polarons acústicos em Re6Se8Cl2 moveu-se duas vezes mais rápido que os elétrons no silício e cruzou vários mícrons da amostra em menos de um nanossegundo. Como os polarons podem durar cerca de 11 nanossegundos, os pesquisadores estimam que os excitons-polarons poderiam cobrir mais de 25 micrômetros por vez.

Além disso, estas quasipartículas são controladas pela luz e não por uma corrente eléctrica e por disparos, o que significa que os dispositivos electrónicos teóricos feitos com o material poderiam atingir velocidades de processamento na gama dos femtossegundos – seis ordens de grandeza mais rápidas do que a electrónica actual. Tudo em temperatura ambiente.

“Em termos de transporte de energia, Re6Se8Cl2 é o melhor semicondutor que conhecemos, pelo menos até agora”, disse o professor de química Milan Delor.

As novas quasipartículas são rápidas, mas, de forma contraintuitiva, atingem essa velocidade através do seu próprio ritmo – um pouco como a história da tartaruga e da lebre. Os elétrons podem viajar muito rapidamente através do silício, mas eles saltam muito e não chegam muito longe, no final das contas muito rápido.

Comparativamente, excitons em Re6Se8Cl2 são muito lentos, mas é precisamente porque são capazes de se encontrar e emparelhar com fônons acústicos igualmente lentos. As quasipartículas resultantes são pesadas e avançam lenta mas continuamente. Desimpedidos por outros fônons ao longo do caminho, excitons-polarons acústicos em Re6Se8Cl2 em última análise, movem-se mais rápido que os elétrons no silício.

6Se8Cl2, no entanto, é improvável que algum dia chegue a um produto comercial. O primeiro elemento da molécula, o rênio, é um dos mais raros do planeta e, como resultado, extremamente caro. Mas tendo provado o conceito, os investigadores estão prontos para ver se existem outros contendores superatómicos capazes de vencer Re.6Se8Cl2recorde de velocidade.

“Este é o único material em que alguém viu o transporte sustentado de excitons balísticos à temperatura ambiente. Mas agora podemos começar a prever quais outros materiais podem ser capazes desse comportamento que simplesmente não consideramos antes”, disse Delor em um comunicado. “Existe toda uma família de materiais semicondutores superatômicos e outros materiais 2D com propriedades favoráveis ​​​​para a formação de polarons acústicos.”

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