1. Semiconduttori :Nei materiali semiconduttori, i difetti possono creare stati energetici localizzati all'interno del bandgap, alterando le proprietà elettriche del materiale. Questo è il principio fondamentale alla base dei transistor e di altri dispositivi a semiconduttore. Ad esempio, il silicio, che è un semiconduttore intrinseco, può essere drogato con impurità specifiche (ad esempio, fosforo o boro) per creare semiconduttori di tipo n o di tipo p, rispettivamente. Questi difetti controllano la concentrazione e il tipo di portatori di carica (elettroni o lacune) e consentono la modulazione della corrente elettrica.
2. Materiali fotocromatici :I difetti possono indurre un comportamento fotocromatico nei materiali, consentendo loro di cambiare colore o trasparenza dopo l'esposizione alla luce. Questa proprietà trova applicazioni in varie tecnologie come finestre intelligenti, occhiali da sole e dispositivi di archiviazione ottica. Ad esempio, alcuni materiali di ossido metallico (ad esempio, l'ossido di tungsteno) possono mostrare fotocromismo a causa di difetti che intrappolano e rilasciano elettroni in seguito all'irradiazione luminosa, portando a un cambiamento reversibile nelle loro proprietà ottiche.
3. Ferromagnetismo nei materiali non magnetici :I difetti possono indurre un comportamento ferromagnetico in materiali che normalmente sono non magnetici. Ciò può essere ottenuto introducendo impurità magnetiche o creando difetti che interrompono la regolare struttura cristallina, determinando momenti magnetici localizzati. Ad esempio, l’introduzione di posti vacanti di ossigeno nell’ossido di zinco (ZnO) può indurre ferromagnetismo a temperatura ambiente, consentendo potenziali applicazioni nella spintronica e nei sensori magnetici.
4. Attività catalitica migliorata :I difetti possono aumentare significativamente l'attività catalitica dei materiali. Introducendo difetti specifici, è possibile modificare la reattività superficiale e le proprietà di adsorbimento dei materiali, rendendoli catalizzatori più efficienti per varie reazioni chimiche. Ad esempio, i difetti negli ossidi metallici come la ceria (CeO2) o la titania (TiO2) possono migliorare le loro prestazioni catalitiche per reazioni come la scissione dell'acqua, la degradazione degli inquinanti e le reazioni delle celle a combustibile.
5. Luminescenza e scintillazione :I difetti possono agire come centri luminescenti, consentendo ai materiali di emettere luce dopo l'eccitazione. Questa proprietà è utilizzata nei fosfori per illuminazione, laser e rilevatori a scintillazione. Ad esempio, la presenza di impurità o difetti specifici in alcuni cristalli (ad esempio, solfuro di zinco, tellururo di cadmio) può portare a luminescenza e scintillazione efficienti, rendendoli preziosi per applicazioni come l'imaging a raggi X e il rilevamento di radiazioni.
Questi esempi dimostrano come i difetti possano conferire ai materiali inerti proprietà utili e attive, rendendoli applicabili in un’ampia gamma di tecnologie, dall’elettronica e dall’ottica alla catalisi e al rilevamento.
