La struttura cristallina sulla superficie dei materiali semiconduttori può farli comportare come metalli e persino come superconduttori, ha dimostrato un team di ricerca congiunto Swansea/Rostock. La scoperta potenzialmente apre le porte a progressi come dispositivi elettronici più efficienti dal punto di vista energetico.

I semiconduttori sono le parti attive dei transistor, circuiti integrati, sensori, e LED. Questi materiali, principalmente a base di silicio, sono al centro dell'odierna industria elettronica.

Usiamo i loro prodotti quasi continuamente, nei moderni televisori, nei computer, come elementi di illuminazione, e ovviamente come telefoni cellulari.

metalli, d'altra parte, cablare i componenti elettronici attivi e sono la struttura per i dispositivi.

Il gruppo di ricerca, guidato dal professor Christian Klinke del dipartimento di chimica dell'Università di Swansea e dell'Università di Rostock in Germania, analizzato i cristalli sulla superficie dei materiali semiconduttori.

Applicando un metodo chiamato sintesi colloidale ai nanofili di solfuro di piombo, il team ha dimostrato che gli atomi di piombo e zolfo che compongono i cristalli possono essere disposti in modi diversi. In modo cruciale, hanno visto che questo ha influenzato le proprietà del materiale.

Nella maggior parte delle configurazioni i due tipi di atomi sono misti e l'intera struttura mostra un comportamento semiconduttore come previsto.

Però, il team ha scoperto che un particolare "taglio" attraverso il cristallo, con le cosiddette {111} sfaccettature sulla superficie, che contiene solo atomi di piombo, mostra carattere metallico.

Ciò significa che i nanofili trasportano correnti molto più elevate, il loro comportamento del transistor è soppresso, non rispondono all'illuminazione, come farebbero i semiconduttori, e mostrano una dipendenza inversa dalla temperatura, tipico dei metalli.

Dott. Mehdi Ramin, uno dei ricercatori del team Swansea/Rostock, disse:

"Dopo aver scoperto che possiamo sintetizzare nanofili di solfuro di piombo con diverse sfaccettature, che li fa sembrare fili dritti o a zigzag, abbiamo pensato che ciò dovesse avere conseguenze interessanti per le loro proprietà elettroniche.

Ma questi due comportamenti sono stati una vera sorpresa per noi. Così, abbiamo iniziato a studiare le conseguenze della forma in modo più dettagliato."

Il team ha poi fatto una seconda scoperta:a basse temperature la pelle delle nanostrutture si comporta addirittura come un superconduttore. Ciò significa che gli elettroni vengono trasportati attraverso le strutture con una resistenza significativamente inferiore.

Professor Christian Klinke dell'Università di Swansea e dell'Università di Rostock, che ha condotto la ricerca, disse:

"Questo comportamento è sorprendente e sicuramente deve essere ulteriormente studiato in modo molto più dettagliato.

Ma fornisce già nuove entusiasmanti intuizioni su come lo stesso materiale può possedere proprietà fisiche fondamentali diverse a seconda della sua struttura e di ciò che potrebbe essere possibile in futuro.

Una potenziale applicazione è il trasporto di energia senza perdite, il che significa che non viene sprecata energia.

Attraverso un'ulteriore ottimizzazione e trasferimento del principio ad altri materiali, si possono fare progressi significativi, che potrebbe portare a nuovi dispositivi elettronici efficienti.

I risultati presentati nell'articolo sono solo un primo passo in quello che sarà sicuramente un lungo e fruttuoso viaggio verso una nuova entusiasmante chimica e fisica dei materiali".