Uma equipe de pesquisa liderada pelo Professor Himchan Cho, do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia (KAIST), alcançou recentemente um avanço significativo na melhoria da eficiência de luminescência de materiais semicondutores em nanoescala ecologicamente corretos. Eles desenvolveram com sucesso uma técnica de controle de superfície em nível atômico que aumenta significativamente o desempenho de luminescência de clusters de fosfeto de índio de tamanho mágico. Os resultados da pesquisa foram publicados online no prestigiado periódico internacional Journal of the American Chemical Society.
Esta pesquisa concentra-se em clusters de fosfeto de índio de tamanho mágico — partículas semicondutoras ultrapequenas compostas por dezenas de átomos e medindo apenas 1 a 2 nanômetros. Como todas as suas partículas têm tamanho e estrutura completamente uniformes, esses materiais são teoricamente capazes de emitir luz extremamente nítida e pura, sendo considerados materiais semicondutores ecologicamente corretos de próxima geração. No entanto, seu tamanho extremamente pequeno amplifica drasticamente o impacto de defeitos de superfície, o que leva a uma severa perda de energia durante a emissão de luz. Por muito tempo, a eficiência de luminescência desses materiais permaneceu abaixo de 1%, limitando consideravelmente suas aplicações práticas.
Para solucionar esse problema, a equipe de pesquisa abandonou o método tradicional e rudimentar de usar produtos químicos altamente corrosivos, como o ácido fluorídrico, para a corrosão geral, e, em vez disso, desenvolveu uma estratégia precisa de corrosão passo a passo. Esse método remove seletivamente os defeitos que impedem a emissão de luz de maneira altamente controlável, preservando completamente a estrutura do substrato semicondutor. Durante a remoção dos defeitos, o flúor gerado na reação se combina com espécies de zinco na solução para formar cloreto de zinco, que então estabiliza e passiva a superfície do nanocristal recém-exposta. Essa engenharia de superfície precisa aumentou com sucesso a eficiência luminosa do material de menos de 1% para 18,1%, aumentando o brilho em aproximadamente 18 vezes, estabelecendo um novo recorde para a maior eficiência luminosa de nanoescala de semicondutores ultracompactos à base de fosfeto de índio.
A importância fundamental desta pesquisa reside em demonstrar, pela primeira vez, que o design e o recorte com precisão atômica de superfícies semicondutoras ultrafinas, antes consideradas praticamente impossíveis de manipular, são possíveis. Isso não apenas fornece um caminho técnico viável para a preparação de materiais luminescentes de alto desempenho e ecologicamente corretos, mas também aprofunda nossa compreensão da relação entre a estrutura da superfície e as propriedades fotoelétricas em nanoescala. Espera-se que essa tecnologia impulsione o desenvolvimento de tecnologias de displays de próxima geração, comunicação quântica e sensores infravermelhos, entre outros campos avançados. Como destacou o Professor Cho, essa conquista não se resume à fabricação de semicondutores mais brilhantes, mas, mais importante, demonstra o papel crucial do controle da superfície em nível atômico para alcançar o desempenho desejado.
