Uma maneira de fazer isso é chamada epitaxia remota, onde uma camada intermediária feita de grafeno ou outro material é introduzida entre o substrato e os cristais em crescimento. Depois que o processo de epitaxia é feito, o substrato e tudo nele são embebidos em uma solução química que dissolve essa camada intermediária, deixando intacta o filme cristalino. Isso funciona, mas é caro, difícil de escalar e leva muito tempo. Para tornar o processo mais barato e rápido, a equipe do MIT teve que cultivar os cristais diretamente no substrato, sem camadas intermediárias. O que eles estavam tentando alcançar era um efeito de frigideira antiaderente, mas em uma escala atomicamente pequena.
Enfraquecendo os laços
O material que impedia os filmes cristalinos de se manter em substratos não era teflon, mas chumbo. Quando a equipe estava experimentando o cultivo de filmes diferentes em seus estudos anteriores, eles notaram que havia um material que saiu facilmente do substrato, mas manteve uma superfície atomicamente lisa: pmn-pt ou titanato de líder de niobato de magnésio de chumbo.
Os átomos de chumbo no PMN-PT enfraqueceram as ligações covalentes entre o filme e o substrato, impedindo que os elétrons pularem pela interface entre os dois materiais. “Tivemos que exercer um pouco de estresse para induzir uma rachadura na interface entre o filme e o substrato e poderíamos perceber a decolagem”, disse Zhang ao Ars. “Muito simples – poderíamos remover esses filmes em um segundo.”
Mas o PMN-PT, além de sua não-neve inerente, teve mais truques nas mangas; Tinha propriedades piroelétricas excepcionais. Depois que a equipe percebeu que eles poderiam fabricar e retirar os filmes PMN-PT à vontade, eles tentaram algo um pouco mais complexo: um detector de radiação sem refrigeração e infravermelho distante. “Estávamos tentando alcançar um desempenho comparável aos detectores resfriados”, diz Zhang.
O detector que eles construíram foi feito de 100 peças de filmes PMN-PT de 10 nanômetros, cada um, cada um com cerca de 60 microns quadrados, que a equipe transferiu para um chip de silício. Isso produziu um sensor infravermelho de 100 pixels. Os testes com mudanças cada vez menores de temperatura indicaram que ele superou os sistemas de visão noturna de última geração e era sensível à radiação em todo o espectro infravermelho. (Os detectores de telurido de cadmio de Mercúrio respondem a uma banda de comprimentos de onda muito mais estreita.)