Dopar semicondutores significa acrescentar pequenas quantidades de impurezas, em geral algum tipo de metal, às fórmulas desses materiais. A dopagem costuma aumentar a capacidade de conduzir eletricidade do semicondutor. Experimentos recentes, porém, vêm mostrando que, em alguns casos, a dopagem pode ter o efeito contrário, reduzindo a condutividade elétrica. Em artigo publicado essa semana na revista Physical Review Letters, uma equipe de pesquisadores da Universidade do Colorado em Boulder, Estados Unidos, incluindo o físico Gustavo Dalpian, da Universidade Federal do ABC, São Paulo, explica pela primeira vez os princípios físicos por trás desse fenômeno, chamado de antidopagem. O estudo teórico prevê quais tipo de materiais podem ser antidopados, vários deles utilizados em baterias de lítio.
“Descrevemos os princípios fundamentais para proceder com o design e a descoberta de novos materiais com a propriedade de antidopagem”, explica Dalpian. “Reportamos esse tipo de propriedade para vários óxidos, como os baseados em níquel, ou em cobalto. A antidopagem abre uma nova rota para o controle da resistência elétrica, com aplicações em dispositivos de chaveamento da resistência, sensores de campo elétrico e dispositivos ópticos.”
Em geral, a dopagem de um material semicondutor faz com que o intervalo de energia entre os estados eletrônicos ocupados e desocupados do material semicondutor diminua. Porém, como Dalpian e seus colegas descobriram, alguns materiais possuem estados eletrônicos intermediários com características especiais tais que a dopagem se torna uma antidopagem, levando ao efeito inverso: um aumento do intervalo de energia entre os estados eletrônicos ocupados e desocupados, diminuindo a condutividade do material.
A pesquisa foi desenvolvida com apoio financeiro da FAPESP e do CNPq.
Artigo Científico
Antidoping in Insulators and Semiconductors Having Intermediate Bands with Trapped Carriers
Qihang Liu, Gustavo M. Dalpian e Alex Zunger
Physical Review Letters 122, 106403 (2019)
ArXiv:1812.10894
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