Material inédito cria interface entre eletrônica, fotônica e quântica

Eletrnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 18/07/2025

Interface entre tecnologias

Cientistas alemes sintetizaram um novo material semicondutor que apresenta uma combinao inusitada de propriedades, tornando-o promissor para tudo, da eletrnica tradicional fotnica e s tecnologias qunticas.

Na verdade, o material inusitado – no h nenhum registro de sua existncia anterior em qualquer estrutura – pode estabelecer uma ponte entre essas reas de fronteira, fazendo uma interface entre as diferentes tecnologias.

O que particularmente especial no novo composto que todos os quatro elementos que o formam pertencem ao Grupo IV da tabela peridica, o que garante sua compatibilidade com o mtodo de fabricao padro usado na indstria microeletrnica, o conhecido processo CMOS.

Abreviado como CSiGeSn, o material indito uma liga estvel de carbono, silcio, germnio e estanho.

“Ao combinar esses quatro elementos, alcanamos um objetivo de longa data: o melhor semicondutor do Grupo IV,” disse Dan Buca, do Centro de Pesquisa Julich, coordenador da equipe que sintetizou o novo material.

Quatro elementos

A qumica estabelece limites claros quando se trata de integrar diferentes materiais: Apenas elementos do mesmo grupo do silcio se encaixam perfeitamente na estrutura cristalina das pastilhas que servem de base para a fabricao comercial de todos os circuitos. O processo bsico chamado de epitaxia, um processo-chave na tecnologia de semicondutores, no qual finas camadas so depositadas sobre um substrato com preciso atmica. Mas elementos de outros grupos rompem a sensvel estrutura.

A equipe j havia conseguido combinar silcio, germnio e estanho para desenvolver transistores, fotodetectores, lasers, LEDs e materiais termoeltricos. Agora, com a adio do carbono, eles alcanaram um controle ainda maior sobre o hiato de banda, ou banda proibida, o fator-chave que determina o comportamento eletrnico e fotnico dos materiais.

Ou seja, a nova liga permite o ajuste fino das propriedades do material em um nvel que permite a criao de componentes que vo alm das capacidades do silcio – por exemplo, componentes pticos ou circuitos qunticos. E esses componentes podem ser integrados diretamente no chip durante a fabricao.

“Um exemplo um laser que tambm funciona temperatura ambiente. Muitas aplicaes pticas do grupo do silcio ainda esto em fase inicial,” explicou Dan Buca. “Tambm h novas oportunidades para o desenvolvimento de termoeltricos adequados para converter calor em energia eltrica em dispositivos vestveis e chips de computador.”

Elementos contrastantes dentro da rede cristalina

Por muito tempo, os cientistas consideraram ser virtualmente impossvel a fabricao desse novo material. Isso porque os tomos de carbono so minsculos, enquanto os tomos de estanho so grandes, e suas foras de ligao so muito diferentes. Somente por meio de ajustes precisos no processo de produo foi possvel combinar esses opostos.

E, sem qualquer aparato especial, apenas um equipamento semelhante ao j padro na fabricao de chips, a equipe obteve um material de alta qualidade com composio uniforme.

O primeiro teste prtico consistiu na fabricao do primeiro LED (diodo emissor de luz) baseado nas chamadas estruturas de poo quntico, feitas de todos os quatro elementos – um passo importante em direo a novos componentes optoeletrnicos.

“O material oferece uma combinao nica de propriedades pticas ajustveis e compatibilidade com o silcio,” disse Giovanni Capellini, membro da equipe. “Isso estabelece a base para componentes escalveis de tecnologia fotnica, termoeltrica e quntica.”

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