Nanofitas comprimidas de titânio e enxofre podem transmitir eletricidade sem perda de energia, descobriram os cientistas

Quando comprimidas, nanofitas de titânio e enxofre podem alterar drasticamente as propriedades, transformando-se em materiais com capacidade de conduzir eletricidade sem perder energia, segundo estudo publicado na revista Nano-letras.

Os autores fizeram a descoberta durante a sua meticulosa busca por novos materiais que possam transmitir eletricidade sem perda de energia, um tema quente que há muito assombra a comunidade científica.

“Nossa pesquisa se concentra em um desses materiais promissores: TiS₃ nanofitas, que são estruturas minúsculas em forma de fita feitas de titânio e enxofre. Em seu estado natural, TiS₃ as nanofitas atuam como isolantes, o que significa que não conduzem bem a eletricidade”, diz Mahmoud Rabie Abdel-Hafez, professor associado do Departamento de Física Aplicada e Astronomia da Universidade de Sharjah.

“No entanto, descobrimos que, ao aplicar pressão a estas nanofitas, poderíamos alterar drasticamente as suas propriedades elétricas”, acrescenta Abdel-Hafez, autor principal do estudo.

Os cientistas expuseram o TiS₃ à pressão gradual. À medida que aumentavam a pressão, descobriram que o TiS₃ O sistema passou por uma série de transições, de isolantes a metais e supercondutores, pela primeira vez.

TiS₃ sabe-se que os materiais funcionam como bons isolantes, mas é a primeira vez que os cientistas descobrem que sob pressão podem funcionar como supercondutores, abrindo caminho para o desenvolvimento de materiais supercondutores.

“Os supercondutores são especiais porque podem conduzir eletricidade com perda zero de energia, o que é extremamente valioso para aplicações tecnológicas”, diz Abdel-Hafez. “[But] imagine um mundo onde a energia elétrica pudesse ser transmitida sem que nenhuma energia fosse desperdiçada na forma de calor. Isto revolucionaria a forma como usamos e distribuímos eletricidade, tornando tudo, desde redes elétricas até dispositivos eletrónicos, muito mais eficiente”.

É exatamente esse potencial que os autores consideram um avanço: o potencial do TiS₃ para se transformar em materiais que não causam desperdício na transmissão de eletricidade. Ao controlar cuidadosamente a pressão aplicada a esses materiais, os autores identificaram os pontos exatos onde eles mudaram de um estado para outro.

“Isto é significativo porque a compreensão destas transições ajuda-nos a aprender como manipular outros materiais de formas semelhantes, aproximando-nos da descoberta ou da concepção de novos supercondutores que possam operar a temperaturas mais elevadas e em condições mais práticas”, observa Abdel-Hafez.

O estudo mostra que TiS₃ tem potencial para se tornar esse material quando submetido às condições certas. Ao aumentar gradativamente a pressão sobre os materiais investigados, os autores observaram que eles passaram de isolantes (maus condutores) a metais (bons condutores) e finalmente a supercondutores (condutores perfeitos sem perda de energia).

Descobrindo que TiS₃ materiais podem se tornar supercondutores sob pressão certamente ajudará os cientistas a entender mais sobre as condições exigidas para a supercondutividade. Este conhecimento é crucial para o desenvolvimento de novos materiais que possam ser supercondutores em temperaturas mais altas e práticas, afirmam os autores.

“Esta investigação não só melhora a nossa compreensão da supercondutividade, mas também demonstra o poder da colaboração internacional na obtenção de resultados científicos inovadores”, afirma o professor de Física e Astronomia da Universidade de Uppsala, na Suécia, um co-autor.

O projeto faz parte da pesquisa da Universidade de Sharjah para desenvolver materiais que possam transmitir eletricidade sem perda de energia, oferecendo novos insights sobre como a pressão pode transformar as propriedades elétricas do TiS₃ nanofitas.

O estudo é um esforço conjunto do qual participaram cientistas da Suécia, China e Rússia. “Este avanço não apenas ultrapassa os limites da ciência dos materiais, mas também mantém a promessa de aplicações inovadoras em vários campos, incluindo transmissão de energia e dispositivos eletrônicos”, diz Abdel-Hafez.

Sobre o método adotado para conduzir o estudo, os autores escrevem que buscaram “abordagens experimentais e teóricas para explorar de forma abrangente o comportamento de alta pressão das propriedades eletrônicas do TiS₃um semicondutor quase unidimensional (Q1D), em várias faixas de temperatura.

“Através de resistência elétrica de alta pressão e medições magnéticas em pressões elevadas, descobrimos uma sequência distinta de transições de fase dentro do TiS₃abrangendo uma transformação de um estado isolante à pressão ambiente para o surgimento de um estado supercondutor incipiente acima de 70 GPa.”

Segundo Abdel-Hafez, o estudo abre caminho para a descoberta de novos supercondutores, uma caça que ele comparou à “busca do Santo Graal na ciência dos materiais, porque estes materiais podem conduzir eletricidade sem qualquer perda de energia. Isto é crucial, pois pode levar à transmissão de energia incrivelmente eficiente e a numerosos avanços tecnológicos.”

No entanto, os autores observam que são necessárias mais pesquisas para compreender como funcionam esses supercondutores e as teorias por trás deles, tópicos que ainda são calorosamente debatidos na literatura. “Em nosso artigo de pesquisa sobre TiS₃ materiais, descobrimos que poderíamos alterar drasticamente suas propriedades elétricas.

“Esses materiais têm o potencial de revolucionar a transmissão de energia, permitindo que a eletricidade seja conduzida sem qualquer perda de energia. Além disso, eles poderiam avançar tecnologias em imagens médicas, dispositivos eletrônicos e sistemas de transporte, como trens maglev”, diz Abdel-Hafez.

Os autores estão otimistas sobre as implicações de suas descobertas. Eles observam: “Nossas descobertas fornecem evidências convincentes de que a supercondutividade em baixas temperaturas de ∼2,9 K é uma característica fundamental do TiS₃lançando nova luz sobre as intrigantes propriedades eletrônicas de alta pressão do TiS₃.”