Na pesquisa de materiais inovadores, uma equipe liderada pelo professor K. Andre Mkhoyan da Universidade de Minnesota fez uma descoberta que combina o melhor de duas qualidades procuradas para telas sensa­veis ao toque e janelas inteligentes - transparaªncia e condutividade.

Os pesquisadores são os primeiros a observar linhas meta¡licas em um cristal de perovskita. Perovskitas abundam no centro da Terra, e o estanato de ba¡rio (BaSnO3) éum desses cristais. No entanto, ele não foi estudado extensivamente para propriedades meta¡licas por causa da prevalaªncia de materiais mais condutores no planeta como metais ou semicondutores. A descoberta foi feita por meio de microscopia eletra´nica de transmissão avana§ada (TEM), técnica que pode formar imagens com ampliações de até10 milhões.

A pesquisa épublicada em Science Advances .

"A natureza condutiva e a direção preferencial desses defeitos de linha meta¡lica significam que podemos fazer um material que étransparente como o vidro e ao mesmo tempo muito bem condutor direcional como um metal", disse Mkhoyan, um especialista em TEM e o Ray D. and Mary T. Johnson / Mayon Plastics Chair no Departamento de Engenharia Quí­mica e Ciência de Materiais da Faculdade de Ciências e Engenharia da Universidade de Minnesota. "Isso nos da¡ o melhor de dois mundos. Podemos tornar as janelas ou novos tipos de telas sensa­veis ao toque transparentes e, ao mesmo tempo, condutoras. Isso émuito emocionante."

Defeitos, ou imperfeições, são comuns em cristais - e defeitos de linha (o mais comum entre eles éo deslocamento) são uma fileira de a¡tomos que se desviam da ordem normal. Como os deslocamentos tem a mesma composição de elementos do cristal hospedeiro, asmudanças na estrutura da banda eletra´nica no núcleo do deslocamento, devido a  redução de simetria e tensão, geralmente são apenas ligeiramente diferentes do hospedeiro. Os pesquisadores precisaram olhar para fora dos deslocamentos para encontrar o defeito da linha meta¡lica, onde a composição do defeito e a estrutura atômica resultante são muito diferentes.

"Identificamos facilmente esses defeitos de linha nas imagens de microscopia eletra´nica de transmissão de varredura de alta resolução desses filmes finos de BaSnO 3 por causa de sua configuração atômica única e são os vimos na vista plana", disse Hwanhui Yun, um estudante graduado do Departamento de Engenharia Quí­mica e Ciência de Materiais e um dos principais autores do estudo.

Para este estudo, os filmes de BaSnO 3 foram cultivados por epitaxia de feixe molecular (MBE) - uma técnica para fabricar cristais de alta qualidade - em um laboratório da University of Minnesota Twin Cities. Defeitos de linha meta¡lica observados nesses filmes BaSnO 3 se propagam ao longo da direção de crescimento do filme, o que significa que os pesquisadores podem controlar potencialmente como ou onde os defeitos de linha aparecem - e potencialmente projeta¡-los conforme necessa¡rio em telas sensa­veis ao toque, janelas inteligentes e outras tecnologias futuras que exigem uma combinação de transparaªncia e condutividade.

"Tivemos que ser criativos para cultivar filmes finos de BaSnO 3 de alta qualidade usando MBE. Foi emocionante quando esses novos defeitos de linha apareceram no microsca³pio", disse Bharat Jalan, professor associado e presidente da Shell no Departamento de Engenharia Quí­mica e Ciência de Materiais, que chefia o laboratório que cultiva uma variedade de filmes de a³xido de perovskita da MBE.

Cristais de perovskita (ABX 3 ) contem três elementos na canãlula unita¡ria. Isso lhe da¡ liberdade para alterações estruturais, como composição e simetria do cristal, e a capacidade de hospedar uma variedade de defeitos. Por causa dos diferentes a¢ngulos de coordenação e ligação dos a¡tomos no núcleo do defeito da linha, novos estados eletra´nicos são introduzidos e a estrutura da banda eletra´nica émodificada localmente de uma maneira tão drama¡tica que transforma o defeito da linha em metal.

"Foi fascinante como a teoria e o experimento concordaram um com o outro aqui", disse Turan Birol, professor assistente no Departamento de Engenharia Quí­mica e Ciência dos Materiais e especialista em teoria do funcional da densidade (DFT). "Pudemos verificar as observações experimentais da estrutura atômica e das propriedades eletra´nicas desse defeito de linha com ca¡lculos DFT de primeiros princa­pios."

Para ler o artigo de pesquisa completo intitulado " Defeito de linha meta¡lica em amplo bandgap perovskita transparente BaSnO3", visite o site da Science Advances .