Novo método com laser ultrarrápido cria materiais semicondutores avançados

Combinação de materiais em uma heteroestrutura é especialmente interessante porque pode melhorar a separação e o transporte de elétrons (imagem: CDMF/divulgação)

Agência FAPESP * – Uma equipe brasileira de cientistas fez um avanço significativo na síntese de materiais funcionais ao desenvolver, pela primeira vez, uma técnica simples e eficiente para produzir heteroestruturas semicondutoras metálicas usando um laser de pulsos ultracurtos.

A pesquisa, desenvolvida por cientistas do Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais (CDMF), pode abrir caminhos promissores para aplicações em fotocatálise, optoeletrônica e fotônica. O CDMF é um Centro de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPID) da FAPESP sediado na Universidade Federal de São Carlos (UFSCar).

O estudo, publicado na revista Materials Today Chemistry, descreve um método inovador que utiliza lasers de femtossegundos (cada pulso com duração da trilionésima parte de segundo) para transformar um único material precursor em uma heteroestrutura complexa.

Ao irradiar um material semicondutor conhecido como ortovanadatos de prata (Ag₃VO₄) com pulsos de laser de femtossegundos, os pesquisadores conseguiram, em um único passo, produzir simultaneamente três fases distintas: Ag₃VO₄, um semicondutor do tipo p; β-AgVO₃, semicondutor do tipo n; e prata metálica (Ag⁰) com propriedades plasmônicas.

Essa combinação de materiais em uma heteroestrutura é especialmente interessante porque pode melhorar a separação e o transporte de elétrons, uma característica essencial para eficiência em dispositivos fotocatalíticos e optoeletrônicos. Além disso, a presença de partículas metálicas com efeito plasmônico pode ampliar a resposta de absorção de luz visível.

Tradicionalmente, a produção de heteroestruturas semicondutoras metálicas envolve métodos complexos, com múltiplas etapas de processamento e caros. A abordagem relatada pelo grupo do CDMF utiliza a interação ultrarrápida entre a luz e a matéria para induzir transformações no material de forma não térmica, gerando estruturas híbridas diretamente a partir de um precursor único.

Vantagens e impacto científico

A técnica traz vantagens importantes. Uma delas é a simplicidade e eficiência, já que há um único passo para criar estruturas multifásicas. Outra vantagem é o controle preciso da estrutura, pois os pulsos de laser interagem com o material em escalas de tempo tão curtas que evitam danos térmicos indesejados.

Além disso, há o potencial de aplicações tecnológicas, uma vez que materiais desse tipo podem ser explorados em sistemas de conversão de energia, sensores avançados e catalisadores ativados por luz.

O trabalho demonstra a importância da cooperação entre pesquisadores de materiais, física e química para enfrentar desafios centrais da ciência de materiais moderna. Conforme os autores destacam, a metodologia abre possibilidades para explorar novos caminhos na engenharia de superfícies e interfaces, com impacto direto em pesquisas de energia e meio ambiente.

O artigo From p to n type-semiconductor and metallic material: one-step route using femtosecond pulsed laser to produce Ag₃VO₄/ Ag₃VO₃/Ag heterostructure pode ser lido em: sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2468519425002289.

* Com informações do CDMF.