Los científicos de materiales a menudo buscan cambiar las propiedades físicas de un material agregando una cierta proporción de un elemento adicional; sin embargo, no siempre es posible incorporar la cantidad deseada en la estructura cristalina del material. En TU Wien, Se ha desarrollado un nuevo método para producir mezclas previamente inalcanzables de germanio y otros átomos. Esto da como resultado nuevos materiales con propiedades significativamente alteradas.

"La incorporación de átomos extraños en un cristal de manera específica para mejorar sus propiedades es en realidad un método estándar, ", dice Sven Barth del Instituto de Química de Materiales en TU Wien. La electrónica moderna se basa en semiconductores con ciertos aditivos. Los cristales de silicio incorporados con fósforo o boro son un ejemplo de ello.

Los investigadores han encontrado dificultades para incorporar germanio con otros átomos. Derretir los dos elementos y mezclarlos a fondo en forma líquida y luego dejarlos solidificar no funciona en este caso. "Este sencillo método termodinámico falla, debido a que los átomos agregados no se mezclan eficientemente en el sistema de red del cristal, "explica Sven Barth." Cuanto más alta es la temperatura, cuanto más se mueven los átomos dentro del material. Esto puede provocar que estos átomos extraños se precipiten fuera del cristal después de que se hayan incorporado con éxito, dejando una concentración muy baja de estos átomos dentro del cristal ".

Por lo tanto, el equipo de Barth desarrolló un nuevo enfoque que vincula el crecimiento de cristales particularmente rápido con temperaturas de proceso muy bajas. En el proceso, la cantidad correcta de átomos extraños se incorpora continuamente a medida que crece el cristal. Los cristales crecen en forma de hilos o varillas a nanoescala a temperaturas considerablemente más bajas que antes, en el rango de solo 140 a 230 grados C. "Como resultado, los átomos incorporados son menos móviles, los procesos de difusión son lentos, y la mayoría de los átomos se quedan donde quieres que estén, "explica Barth.

Usando este método, Ha sido posible incorporar hasta un 28 por ciento de estaño y un 3,5 por ciento de galio al germanio. Esto es considerablemente más de lo que era posible anteriormente por medio de la combinación termodinámica convencional de estos materiales en un factor de 30 a 50.

Esto abre nuevas posibilidades para la microelectrónica:"El germanio puede combinarse eficazmente con la tecnología de silicio existente, y también la adición de estaño y / o galio en concentraciones tan altas ofrece aplicaciones potenciales extremadamente interesantes en términos de optoelectrónica, ", dice Sven Barth. Los materiales se utilizarían para láseres infrarrojos, para fotodetectores o LED innovadores en el rango de infrarrojos, por ejemplo, ya que las propiedades físicas del germanio se modifican significativamente por estos aditivos.