Fotografia digital e a visão noturna (Revolucionário).

Descoberta de silício negro pode mudar para sempre a fotografia digital e a visão noturna

Com a descoberta acidental do chamado “silício negro”, físicos de Harbard podem ter mudado para sempre as indústrias de fotografia digital, energia solar e visão noturna. Daí você pergunta: “que raios é silício negro”? Bom, é exatamente isto que parece. Silício. Negro.

O que importa é o que este novo material revolucionário faz, começando pela sensibilidade à luz. Os primeiros testes mostram que o silício negro é 100 a 500 vezes mais sensível à luz do que uma bolacha de silício tradicional.

Para criar o silício especial, o físico Eric Mazur, de Harvard, emitiu um feixe superpoderoso de laser sobre uma bolacha de silício.
A potência do laser por alguns instantes iguala toda a energia produzida pelo Sol sobre toda a superfície da Terra em determinado momento.

Para dar um saborzinho ao experimento, ele também aplicou hexafluoreto de enxofre, um gás usado pela indústria de semicondutores para fazer marcações no silício para os circuitos. É sério, não tinha o menor motivo pra fazer isso, ele só fez por diversão e para obter mais recursos para um antigo projeto.

“Fiquei cansado dos metais e estava achando que a fonte de recursos do Exército se secaria”. O novo direcionamento do projeto em uma proposta de pesquisa sem pensar muito sobre o assunto."

O novo experimento tornou o silício todo escuro ao olho nu. No entanto, sob um microscópio eletrônico, o reflexo escuro revelou que na verdade são milhares ou mesmo milhões de minúsculas pontas. Estas pontas tinha um efeito surpreendente na sensibilidade à luz da bolacha. O material também absorve mais ou menos metade da luz visível que o silício tradicional e é capaz de detectar luz infravermelha, que é invisível aos atuais detectores de silício.

E não há nenhuma mudança no processo de manufatura, portanto as fábricas atuais de semicondutores podem criar silício negro sem muito esforço adicional ou – o que é mais importante – investimento de dinheiro.

Saiba mais

Descoberto o silício negro. Revolucionário.
Redação do Site Inovação Tecnológica -

Amostra de silício negro criada sobre uma pastilha de silício normal, que é cinza.

De novo o acaso

Um novo tipo de material, descoberto acidentalmente em um laboratório de física da Universidade de Harvard (Estados Unidos), poderá ser a chave para a construção de equipamentos mais eficientes para a conversão da luz solar em energia elétrica, para a comunicação pela luz e para o monitoramento do meio-ambiente.

O material veio à luz quando alguns estudantes de graduação e seu orientador, Eric Mazur, decidiram tratar uma pastilha de silício com laser de alta-intensidade. O silício é a substância com a qual todos os chips são construídos; sem ele, não haveria computadores, nem Internet, nem telefones celulares e nem qualquer outro aparelho eletrônico.

Silício negro

Os estudantes e seu professor estavam estudando a natureza das alterações químicas que ocorrem quando um laser é aplicado sobre metais como a platina. Eles decidiram colocar um chip de silício em uma câmera de vácuo, adicionar um gás halogenado e aplicar sobre o chip pulsos de laser ultra-rápidos e ultra-intensos.

Cada pulso de laser não dura mais do que 100 milionésimos de bilionésimos de segundo. Entretanto, a energia de um único pulso é equivalente a se focar toda a luz do Sol que chega à Terra em um espaço de cerca de um centímetro quadrado. Após mais de 500 pulsos, o silício, que é cinza, tornou-se negro. Mas, em vez de se queimar, a superfície ficou coberta por uma infinidade de picos pontiagudos, uma verdadeira floresta de agulhas.

O mais interessante é o comportamento dessa floresta de agulhas. Quando a luz incide sobre essa superfície, a luz se reflete continuamente entre os picos, indo e vindo entre cada um deles, de forma tão intrincada que praticamente não há nenhuma reflexão de volta. Ou seja, a luz entra mas não sai da floresta de agulhas. Daí o nome do novo material, silício negro, porque praticamente nenhum luz escapa dele.

O Dr. Mazur e sua equipe rapidamente se deram conta de que um material que absorve a luz de tal forma poderá se tornar uma excelente célula solar, convertendo muito mais luz do Sol em eletricidade do que qualquer outro equipamento hoje disponível.

A floresta de agulhas do silício negro também absorve calor, na forma de radiação infravermelha, tornando-o um excelente detector de poluição, vapor d'água e outros líquidos que alteram a qualidade do ar e influenciam o clima global.

Há ainda a possibilidade de que o silício negro possa ser utilizado para a construção de computadores extremamente finos e outros dispositivos eletrônicos, por exemplo, para inserção de medicamentos através da pele.

"Além de, por um feliz acaso, estarmos fazendo algo maravilhoso e inesperado, nós estamos sendo bombardeados com consultas de empresas acerca de suas muitas aplicações práticas," disse Mazur.

Momento Mágico

Durante a experiência, o Dr. Mazur e os estudantes de graduação Claudia Wu e Tsing-Hua Her estavam tentando capturar o que é chamado de momento mágico em ciência. Eles queriam observar o nascimento de uma nova molécula na superfície de um metal atingido por um intenso feixe de luz. Muitas dessas reações são importantes e de interesse tanto para a indústria quanto para quem se preocupa como o monitoramento do meio-ambiente.

"Quando, ao contrário, nós criamos um chip de silício tão negro quanto fuligem, nós nos perguntamos, 'O que é isto?'," conta Mazur. "Olhando em sua superfície com um microscópio eletrônico, nós vimos uma perfeita floresta de agulhas, regular em tamanho e espaçamento." As agulhas medem cerca de dois centésimos de polegada na base, chegando a pontas extremamente finas, de cerca de um centésimo da dimensão de um fio de cabelo humano.

"Para alcançar esse padrão é essencial que os pulsos de laser sejam muito curtos e intensos," explica Mazur. "Também o tipo de gás que envolve o silício é crítico." Gases halogenados como cloro ou hexafluoreto de enxofre funcionam bem, mas as agulhas não se formam com nitrogênio ou hélio. Isto sugere que o padrão de agulhas é formado por reações químicas - ativadas pela luz - entre o gás e o silício.

O silício normal, que é cinza, absorve cerca de 60 por cento da luz que incidir sobre sua superfície, refletindo o restante de volta para o ar. Tratada corretamente, o silício negro absorve entre 96 e 98 por cento da luz que a atinge.

Células solares comerciais, normalmente feitas de silício, as chamadas células fotovoltaicas, têm cerca de 30 por cento de eficiência na conversão de luz solar em energia elétrica. O recorde pertence ao National Renewable Energy Laboratory (Estados Unidos) e chega a 32,3%. Uma instalação solar típica para uma casa (nos Estados Unidos) custa entre U$15.000,00 e US$20.000,00. Este preço deverá cair para cerca de US$6.000,00, tornando-se competitiva com soluções de aquecimento baseadas em óleo ou gás natural.

Comunicação pela luz

Outra potencial aplicação do silício negro envolve a telecomunicação pela luz ao longo de fibras óticas. O silício comum não absorve luz em comprimentos de onda, de 1 a 2 micra, críticos para tais comunicações. O silício negro absorve.

"Sendo capaz de utilizar um material que é barato e abundante e que a indústria já aprendeu como processar, oferece uma tremenda oportunidade em um mercado de bilhões de dólares," comenta Mazur.

Monitoramento do meio-ambiente

O silício negro também absorve luz na faixa do infravermelho, importante para o monitoramento do meio-ambiente. A NASA está especialmente interessada em materiais que possam ser utilizados para detectar a quantidade de calor absorvido por qualquer coisa na atmosfera, de nuvens a minúsculas partículas de fuligem e poeira.

Outras aplicações

Aplicações, mais especulativas, mas teoricamente possíveis, já estão sendo consideradas pelo pesquisador, que já está patenteando o método de produção do silício negro.

O novo material pode ser também utilizado para emitir luz. As pontas extremamente finas de suas agulhas podem criar linhas extremamente finas em formatos cuidadosamente definidos. Sua utilização em telas, como as de TV e computadores, poderão levar a dispositivos extremamente eficientes em termos de consumo de energia.

Também, as agulhas, muito mais finas do que qualquer outra agulha disponível comercialmente, poderão fornecer um meio adequado para a inserção contínua de medicamentos através da pele humana. O corpo se adapta melhor a pequenas doses de drogas do que a quantidade grandes injetadas através das tradicionais seringas.