Un gruppo di ricercatori del Fritz Haber Institute della Max Planck Society e della Humboldt-Universität zu Berlin ha scoperto che un semiconduttore può essere convertito in metallo e viceversa con la luce più facilmente e più rapidamente di quanto si pensasse in precedenza. Questa scoperta può aumentare la velocità di elaborazione e semplificare la progettazione di molti dispositivi tecnologici comuni.

Gran parte della tecnologia utilizzata oggi si basa sui transistor. Collegano molti dei materiali che compongono questi dispositivi, e sono indispensabili per qualsiasi tipo di trattamento dei dati. Poiché i transistor sono così importanti, scienziati e ingegneri hanno cercato a lungo di ottimizzarli modificando le proprietà dei materiali in modo che possano essere utilizzati in modo più flessibile. Ora, un team di ricercatori del Fritz Haber Institute della Max Planck Society e della Humboldt-Universität zu Berlin ha trovato un indizio importante su come raggiungere questo obiettivo.

I transistor sono spesso costituiti da semiconduttori, materiali che conducono elettricità ma non altrettanto bene dei metalli. Nei comuni transistor, diversi semiconduttori sono combinati per controllare una corrente elettrica. Sfortunatamente, questo limita le prestazioni e le dimensioni del dispositivo in cui sono integrati. "Fondamentalmente, sarebbe l'ideale avere un solo materiale che può fare tutto, ogni volta che ne hai bisogno, "dice Julia Stähler, Professore alla Humboldt Universität zu Berlin, che ha condotto lo studio al Fritz Haber Institute.

Sebbene la conduttività dei semiconduttori possa essere alterata da un processo chimico chiamato "doping, "questa tecnica, in cui gli atomi del semiconduttore vengono sostituiti con altri atomi, ha dei limiti. Le proprietà di un materiale possono essere modificate, ma rimarrà permanentemente così. I ricercatori cercano un materiale che possa passare da una proprietà all'altra. Il gruppo di Julia Stähler ha trovato una risposta a questa domanda:la luce.

Gli scienziati coinvolti in questo studio hanno studiato il popolare ossido di zinco semiconduttore e hanno scoperto che illuminandolo con un laser, la superficie del semiconduttore può essere trasformata in un metallo e viceversa. Questo "foto-doping" si ottiene per fotoeccitazione:la luce modifica le proprietà elettroniche in modo tale che gli elettroni si muovano improvvisamente liberamente e una corrente elettrica possa fluire, come sarebbe in metallo. Una volta spenta la luce, anche il materiale torna rapidamente ad essere un semiconduttore.

"Questo meccanismo è una scoperta completamente nuova e sorprendente, "dice Lukas Gierster, autore principale e dottorato di ricerca studente nel gruppo di Stähler. "Tre cose in particolare ci hanno sorpreso:da una parte, il fotodrogaggio e il doping chimico si comportano in modo molto simile nonostante siano meccanismi fondamentalmente diversi; Due, cambiamenti giganteschi possono essere raggiunti con una potenza laser molto bassa; e tre, l'accensione e lo spegnimento del metallo avviene rapidamente."

La conversione in un metallo richiede solo 20 femtosecondi, cioè 20 milionesimo di miliardesimo di secondo. La velocità della riformazione del semiconduttore è stata particolarmente sorprendente in quanto è stata di ordini di grandezza più veloce rispetto agli studi precedenti. In altre parole, la luce è un interruttore ultraveloce che ha la forza di alterare le proprietà semiconduttive dell'ossido di zinco in un comportamento metallico in modo reversibile.

Questa scoperta potrebbe essere molto vantaggiosa per le applicazioni dei dispositivi ad alta frequenza e per i transistor ultraveloci controllati otticamente, aumentando la velocità di elaborazione e semplificando la progettazione dei dispositivi. "I nostri gadget potrebbero diventare più veloci e quindi più intelligenti, " Julia Stähler dice e aggiunge:"Bassa potenza, la commutazione ultraveloce delle proprietà di conduzione ci fornirà alta velocità e flessibilità di progettazione." Lei e il suo gruppo sono convinti che lo stesso si dimostrerà vero per altri materiali semiconduttori, in modo che la loro scoperta andrà probabilmente molto oltre il semplice ossido di zinco.