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Investigação
Investigação do Departamento de Física e do I3N da Universidade de Aveiro
DFis publica na revista Nanoscale
Os investigadores da UA envolvidos no estudo: Maria do Rosário Correia, Joaquim Leitão, Nabiha Ben Sedrine e Jennifer Teixeira
Descreve o efeito da variação da dopagem de nanofios de Arseneto de Gálio com Silício, é da autoria de uma equipa de investigadores do Departamento de Física (DFis) e do I3N da Universidade de Aveiro (UA) acaba de ser publicado na revista Nanoscale. O estudo apresentado numa das mais importantes publicações científicas do mundo dedicadas às nanociências e às nanotecnologias abre novas possibilidades de aplicações optoeletrónicas baseadas em nanofios III-V.

Desenvolvido no DFis em colaboração com equipas do Laboratório Ibérico Internacional de Nanotecnologia, da Universidade de Lund (Suécia) e da Universidade Federal de Minas Gerais (Brasil), e publicado numa revista do grupo da Sociedade Real de Química (Reino Unido), o trabalho compara as propriedades estruturais com as óticas de nanofios de Arseneto de Gálio dopados com Silício.

Na literatura, explicam os investigadores, está largamente reportado que o crescimento de Arseneto de Gálio de amostras de dimensões macroscópicas (volúmicas) ocorre na estrutura cristalina da Blenda de Zinco. No entanto, quando uma das três dimensões é reduzida para a escala das dezenas ou centenas de nanómetros, o caso dos nanofios, o crescimento pode ocorrer numa outra estrutura cristalina, a da Wurzita. Esta alternância ao longo do eixo do nanofio de segmentos de uma e de outra fase é designada por politipismo.

É largamente conhecido que o politipismo influência as propriedades óticas e elétricas dos nanofios. Do ponto de vista de aplicações, o controlo da fase cristalina é fundamental nomeadamente para aplicações que explorem a separação de cargas e o seu transporte como é o caso do fotovoltaico.

Para comparar as propriedades estruturais com as óticas de nanofios de Arseneto de Gálio dopados som Silício foram estudadas quatro amostras, duas com uma dopagem baixa de Silício e outras duas com uma dopagem elevada. “Todas as amostras evidenciam propriedades estruturais comparáveis às que têm vindo a ser reportadas na literatura, isto é, a ocorrência de politipismo”, aponta Nabiha Ben Sedrine, uma das cientistas do DFis envolvida no estudo. Não obstante, no que respeita às propriedades óticas, “observou-se uma clara separação entre as amostras com baixa dopagem com Si das amostras com elevada dopagem”.

No primeiro caso, amostras com baixa dopagem, verificou-se que o politipismo determina a dinâmica de portadores de carga nomeadamente no que respeita aos canais de recombinação radiativa após a excitação com laser ou feixe de eletrões. “A relevância deste trabalho surge nos resultados obtidos para as duas amostras de nanofios com elevada dopagem com Silício: os mecanismos de recombinação não são dependentes da alternância das duas fases cristalinas mas sim do facto de os nanofios estarem fortemente dopados”, diz Nabiha Ben Sedrine. Apesar de as propriedades estruturais revelarem a presença do politipismo nos naofios destas duas amostras, o efeito da introdução de átomos de Silício tem uma influência dominante. Assim, “este resultado potencia a aplicação de nanofios fortemente dopados em áreas nas quais o politipismo poderia ser um obstáculo”.

Aberto caminho para novas aplicações optoeletrónicas

No estudo da UA são apresentados resultados de microscopia eletrónica de transmissão, microscopia eletrónica de varrimento, catodoluminescência, difração de raios X e fotoluminescência em função da potência de excitação e da temperatura. O facto de os átomos de Silício serem incorporados em ambas as posições dos átomos de Gálio e de Arsénio da rede hospedeira, leva a que facilmente possam ceder ou receber um eletrão para ou da sua vizinhança”, explica a cientista.

Este comportamento anfotérico leva a que na rede do Arseneto de Gálio sejam criados muitos defeitos carregados. Como para dopagens elevadas a incorporação de átomos do dopante nunca é homogénea, os níveis de energia eletrónicos flutuam dentro do material (nanofio neste caso). Este modelo de flutuações de potencial explica completamente a estrutura de níveis eletrónicos revelada pelas medidas de fotoluminescência e de catodoluminescência.

As propriedades únicas dos nanofios semicondutores, nomeadamente a grande relação superfície-volume e efeitos de confinamento quântico, entre outros, conferem a essas nanoestruturas um excelente potencial para aplicações eletrónicas, fotónicas, mecânicas, biológicas e de conversão de energia. Neste trabalho, explica Nabiha Ben Sedrine, “as modificações observadas na estrutura eletrónica dos nanofios de Arseneto de Gálio dopados com Silício, assim como o aumento da intensidade da luminescência abrem novas possibilidades de aplicações optoeletrónicas baseadas em nanofios III-V”.

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