Un rendering di un laser a infrarossi che colpisce una fiamma. I ricercatori di Husker hanno dimostrato come un laser può modificare le reazioni chimiche che avvengono all'interno di una fiamma, consentendo loro di rivestire i materiali con sostanze chimiche che migliorano le prestazioni evitando un effetto collaterale che complica la costruzione di semiconduttori e altri componenti microelettronici. Credito:Scott Schrage | Comunicazione universitaria
L'introduzione di impurità chimiche in un materiale allo scopo di adattarne le proprietà o le prestazioni, a volte chiamata doping, si è dimostrata a lungo vitale nell'ingegneria elettronica, in particolare la fabbricazione di semiconduttori e altri componenti microelettronici.
Drogando uno strato microscopicamente sottile di diamante con boro, ad esempio, lo prepara per l'uso nei sensori elettrochimici rendendolo più sensibile agli agenti che è sintonizzato per rilevare. Sfortunatamente, il doping può confondere la struttura atomica ordinata con precisione del diamante e di altri materiali cristallini, diminuzione della conduttività e altre proprietà che li rendono così apprezzati in primo luogo.
Yongfeng Lu e colleghi del Nebraska hanno deciso di sperimentare un approccio emergente basato sul laser al problema della cristallinità, utilizzando il diamante drogato con boro come caso di studio.
Le fiamme possono essere utilizzate per bruciare sostanze chimiche gassose, producendo molecole che poi reagiscono con un materiale sottostante e lo rivestono nel drogante desiderato. Dopo aver sparato un laser finemente sintonizzato su una fiamma per modificare la chimica che si svolge al suo interno, i ricercatori hanno scoperto che il diamante drogato con boro risultante vantava una maggiore integrità cristallina rispetto al laser.
Quella cristallinità ha permesso alle cariche elettriche di muoversi più velocemente attraverso il materiale rispetto a una controparte disponibile in commercio. Quando i ricercatori hanno provato il materiale come elettrodo in un sensore di glucosio, il tipo utilizzato per testare il diabete, hanno scoperto che poteva rilevare concentrazioni più basse di zucchero. E lo stesso diamante drogato con boro in realtà è cresciuto a un ritmo sostanzialmente più veloce quando fabbricato con il laser che senza.
Studiare ulteriormente i principi generali e i risultati specifici dell'applicazione dei laser durante il drogaggio dei materiali potrebbe aiutare ad ampliare il collo di bottiglia cristallino che ha a lungo vincolato l'industria dei semiconduttori, hanno detto i ricercatori. Bilanciare i vantaggi del doping e della cristallinità potrebbe aiutare a perfezionare i materiali critici nella microelettronica, ottica, rilevamento e accumulo di energia.
