Si sgretola alla luce mentre rimane intatto e flessibile al buio. Stiamo parlando di un particolare materiale, un semiconduttore inorganico (come il silicio, utile nell’industria come componente elettronico), friabile di giorno e ultra-pieghevole di notte. Il materiale in questione, costituito da cristalli di solfuro di zinco, è stato studiato dall’Università di Nagoya in Giappone. I ricercatori hanno mostrato, documentando con immagini, che la sua struttura si sbriciola letteralmente quando esposta alla luce e che invece può essere compressa senza rompersi se il campione è posizionato in una stanza al buio e a temperatura ambiente. Le applicazioni elettroniche di questo semiconduttore potrebbero essere varie. I risultati sono pubblicati su Science.
I semiconduttori hanno caratteristiche intermedie fra i conduttori e gli isolanti: in certe condizioni sono isolanti, mentre in altre, ad esempio aumentando la temperatura, diventano conduttori. Un esempio è il silicio, indispensabile nell’elettronica moderna, grazie alla sua capacità di condurre corrente in particolari condizioni che possono essere impostate (ciò che è importante è il band gap, cioè la quantità di energia necessaria da fornire all’elettrone per farlo passare dallo stato di riposo a quello di conduzione).
Il team ha approfondito le proprietà del solfuro di zinco, che può cambiare comportamento non solo a seconda della temperatura, ma anche variando l’illuminazione. Il campione è stato esaminato sotto la luce bianca, la luce ultravioletta e al buio.
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Da alcune analisi di microscopia è subito evidente che sotto la luce il materiale si rompe in numerose scaglie non appena i ricercatori provano a piegarlo (come si vede sopra nell’immagine B). Il comportamento è completamente opposto quando ci si trova al buio, quando rivela una grande plasticità: può essere ampiamente piegato e il grado della deformazione arriva anche al 45% rispetto alla sua struttura originaria.
La ragione di questo comportamento anomalo è dovuta alla struttura del materiale. Quando il cristallo di solfuro di zinco viene deformato, si creano dei difetti, ovvero delle irregolarità nella rete di atomi che compone il cristallo. Quando la luce colpisce queste irregolarità, gli elettroni rimangono intrappolati in alcuni buchi (punti vuoti della struttura, da immaginare come un reticolo riempito da elettroni e con dei posti liberi) a livelli di energia molto elevati: questa trappola dal legame molto forte causa la rottura del cristallo quando, oltre ad essere illuminato, viene sottoposto ad uno sforzo esterno. Mentre, al buio, gli elettroni non vengono intrappolati e il campione, una volta deformato, può tornare senza problemi allo stato originario. Secondo gli autori, inoltre, la grande plasticità del materiale è sempre collegata a queste irregolarità che lo rendono meno rigido.
“Questo studio svela come le proprietà meccaniche dei semiconduttori inorganici siano molto sensibili alla luce”, sottolinea Katsuyuki Matsunaga, coautore del paper. “I nostri risultati permettono di sviluppare tecnologie per costruire cristalli controllati sulla base dell’esposizione alla luce”. Regolando con l’illuminazione la forza, la friabilità e la flessibilità di questi materiali, aggiungono gli autori, si potrebbero aprire nuove strade importanti per ottimizzare le performance dei semiconduttori inorganici nell’elettronica.
