È un piccolo cambiamento che fa una grande differenza. I ricercatori hanno sviluppato un metodo che utilizza un cambiamento di un grado di temperatura per alterare il colore della luce emessa da un semiconduttore. Il metodo, che utilizza un semiconduttore a film sottile stratificato sopra un materiale di substrato sensibile al calore, offre un percorso per innescare elettronicamente cambiamenti nelle proprietà dei materiali semiconduttori.

"Possiamo cambiare il colore della luce che il materiale emette con solo un piccolo cambiamento nella temperatura del substrato, " ha detto Jian Shi, un assistente professore di scienza e ingegneria dei materiali al Rensselaer Polytechnic Institute. "Se puoi manipolare un materiale attraverso la temperatura, puoi anche potenzialmente manipolarlo con la tensione, e realizzare un dispositivo elettronico, e questo è significativo. Ora puoi controllare elettronicamente le lunghezze d'onda di emissione".

La ricerca è dettagliata in "Interazioni non lineari elettrone-reticolo in un semiconduttore di wurtzite abilitato tramite ossido fortemente correlato, " pubblicato in una recente edizione di Materiale avanzato .

Gli scienziati dei materiali come Shi sviluppano materiali con proprietà che possono consentire nuove tecnologie o adattarsi meglio alle tecnologie attuali. In sostanza, ci sono tre opzioni principali per cambiare le proprietà di un materiale:cambiare la composizione, cambiare la temperatura, o modificare la pressione sul materiale. Ognuno ha vantaggi e svantaggi, e un materiale adatto per applicazioni commerciali deve essere economico e presentare le proprietà necessarie in condizioni relativamente comuni.

In questa ricerca, Shi si è concentrato sull'uso della pressione per alterare la composizione del reticolo elettronico, o simmetria, di solfito di cadmio, e modificarne le proprietà. L'uso della pressione di massa presenta potenziali insidie:occorre molta energia per modificare l'interazione elettrone-reticolo di un materiale attraverso la pressione; la generazione di tale energia può richiedere l'uso di un apparato ingombrante che rende il materiale inaccessibile per le applicazioni; e molti materiali hanno poca tolleranza alla deformazione e in realtà si frantumano prima di poter essere deformati in modo tale da provocare nuove proprietà. Per esempio, il solfito di cadmio sfuso si frantumerà con una deformazione dello 0,1%, che non è sufficiente per cambiare la sua interazione elettrone-reticolo, e quindi le sue proprietà materiali.

Per superare queste insidie, L'approccio di Shi utilizza un film sottile del semiconduttore – che può tollerare una deformazione maggiore rispetto al materiale sfuso – depositato su un materiale di substrato che si deforma sostanzialmente se sottoposto solo a un leggero cambiamento di temperatura. Il film sottile di solfito di cadmio, può tollerare almeno l'uno per cento di deformazione senza frantumarsi, un vantaggio di 10 volte rispetto al materiale sfuso. Il materiale del substrato, biossido di vanadio, subisce una trasformazione di fase da metallo a isolante tra 6 e 8 gradi Celsius, modificando il volume del materiale ed esercitando una pressione sul semiconduttore a film sottile depositato sulla sua superficie.

Combinando il robusto semiconduttore a film sottile con il substrato sensibile alla temperatura, Shi è in grado di sottoporre facilmente il semiconduttore a grandi sollecitazioni.

Il metodo potrebbe essere esteso a una varietà di semiconduttori a film sottile e a substrati che subiscono transizione di fase da pressione, così come la temperatura, o drogaggio elettrostatico.

In modo significativo, i risultati suggeriscono anche la possibilità di produrre una tensione dall'energia termica, che potrebbe portare alla raccolta di energia termica.

"Se cambi la costante reticolare e la simmetria di un materiale, a volte puoi generare energia, come un picco di corrente, " disse Shi. "Se possiamo trasformare l'energia termica in elettricità modificando la simmetria del materiale, possiamo raccogliere energia termica."