Uma técnica inovadora permite «desenhar» cristais com uma precisão sem precedentes, o que poderia reduzir custos e melhorar dispositivos como sensores, painéis solares e detetores astronómicos, de acordo com investigadores da Michigan State University A fabricação de cristais personalizados para dispositivos eletrónicos experimentou um avanço notável graças a uma técnica inovadora desenvolvida por uma equipa da Michigan State University. Sob a liderança de Elad Harel, esses investigadores conseguiram utilizar lasers e nanopartículas de ouro para controlar com alta precisão a formação de cristais, um desenvolvimento que, de acordo com o Space.com, pode tornar a produção de materiais essenciais para a indústria tecnológica um processo muito mais eficiente e versátil.
Ao contrário dos procedimentos tradicionais, que dependem de mecanismos como difusão de vapor ou crescimento a partir de pequenas «sementes» e geralmente resultam em cristais com formas e tamanhos difíceis de controlar, a nova metodologia permite «desenhar» os cristais exatamente no local necessário. Harel explicou ao Space.com que, em muitos dispositivos eletrónicos, é crucial estabelecer pequenas porções de material cristalino em áreas muito específicas, algo impossível de garantir através dos métodos convencionais utilizados atualmente.Pode interessar-lhe:Cientistas desenvolveram um fungo que atrai e elimina mosquitos: as chaves do avançoUma sequência revela o momento em que o raio laser interage com a nanopartícula, gerando o início controlado do crescimento cristalino
Como funciona o aquecimento plasmónico e a «impressão» de cristais
Este método baseia-se no aquecimento plasmónico, um fenómeno físico em que as nanopartículas de ouro atuam como pequenas fontes de calor ao serem irradiadas com um laser de frequência adequada. Nas experiências realizadas, a equipa utilizou um laser de 660 nanómetros direcionado sobre uma nanopartícula de ouro, que foi introduzida numa solução precursora de perovskita de halogeneto de chumbo e depositada sobre um substrato de vidro de borossilicato. Ao mover a nanopartícula usando o feixe do laser, a cristalização ocorreu exatamente no ponto desejado, enquanto os investigadores puderam observar todo o processo em tempo real com microscópios de alta velocidade.
A precisão do método é impressionante: a nanopartícula utilizada é menor que um milésimo da espessura de um fio de cabelo humano. Harel explicou ao site Space.com que o laser induz a oscilação de elétrons na nanopartícula de ouro, gerando calor suficiente para desencadear a formação do cristal no local exato. Este grau de controlo sobre a localização, o tamanho e a forma dos cristais representa uma melhoria substancial em relação às técnicas convencionais, abrindo a porta à criação de componentes mais sofisticados e eficientes. O laser excita os eletrões na nanopartícula de ouro, produzindo calor localizado e possibilitando a formação precisa de novos cristais
Impacto, aplicações e próximos desafios
Até o momento, o procedimento demonstrou sua eficácia com perovskitas de haleto de chumbo, materiais reconhecidos por sua capacidade de melhorar o desempenho em aplicações como células solares e LEDs. No entanto, a equipe acredita que a técnica também poderia ser adaptada a outros tipos de cristais usados em eletrônica, como os semicondutores de silício dopado com arsênico, amplamente utilizados em instrumentos astronómicos. Harel observou que, embora a perovskita apresente uma solubilidade retrógrada — diminui à medida que a temperatura aumenta —, é possível que os elétrons excitados pelo laser possam intervir diretamente nos processos químicos de formação de cristais em outros materiais.
As vantagens económicas e técnicas dessa abordagem são evidentes. Segundo Harel, trata-se de uma solução simples que utiliza lasers de baixo custo e possibilita uma redução considerável dos custos de fabricação. Space.com destaca que a formação precisa de cristais, aliada ao seu baixo custo, é essencial para dispositivos como telas táteis, painéis solares, sensores médicos e detectores ópticos. Além disso, a capacidade de “desenhar” cristais pode facilitar o desenvolvimento de instrumentos mais acessíveis e económicos para missões espaciais, onde o material deve cumprir requisitos de precisão, resistência e baixo peso.
Na próxima etapa do projeto, a equipa planeia utilizar vários lasers de diferentes comprimentos de onda para criar padrões cristalinos ainda mais complexos. Além disso, já começaram a testar esses materiais em dispositivos funcionais com o objetivo de determinar se eles podem oferecer melhor desempenho e menores custos de produção em aplicações reais. Harel destacou ao Space.com que esse é o próximo desafio em que estão focados e esperam que suas descobertas contribuam para democratizar o acesso a tecnologias avançadas em todo o mundo.
