Fio metálico mais fino
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Pesquisadores da EPFL identificaram potenciais nanomateriais unidimensionais, incluindo o que poderia ser o fio metálico mais fino, usando métodos computacionais para estudar as propriedades estruturais de mais de 780.000 cristais. Suas descobertas destacam 14 materiais com uso potencial em estudos eletrônicos e quânticos. Crédito: NCCR MARVEL

Os pesquisadores do NCCR MARVEL da EPFL empregaram ferramentas computacionais para procurar novos materiais 1-D que pudessem ser esfoliados de cristais tridimensionais conhecidos, incluindo o nanofio metálico mais fino estável a 0 K encontrado até agora.

Pesquisadores da EPFL empregaram ferramentas computacionais para procurar novos materiais 1-D que pudessem ser esfoliados a partir de cristais tridimensionais conhecidos. De uma lista inicial de mais de 780.000 cristais, eles criaram uma lista de 800 materiais 1-D, dos quais selecionaram os 14 melhores candidatos – compostos que ainda não foram sintetizados como fios reais, mas que as simulações sugerem como viáveis. . Entre eles está o fio metálico CuC2uma cadeia linear composta por dois átomos de carbono e um de cobre átomoo nanofio metálico mais fino estável a 0 K encontrado até agora.

Pesquisa de Nanomateriais

Pesquisadores do Laboratório de Teoria e Simulação de Materiais da EPFL utilizaram métodos computacionais para identificar qual poderia ser o fio metálico mais fino possível, além de diversos outros materiais unidimensionais com propriedades que poderiam ser interessantes para diversas aplicações.

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Os materiais unidimensionais (ou 1-D) são um dos produtos mais intrigantes da nanotecnologia e são feitos de átomos alinhados na forma de fios ou tubos. Suas propriedades elétricas, magnéticas e ópticas os tornam excelentes candidatos para aplicações que vão desde microeletrônica a biossensores e catálise. Embora os nanotubos de carbono sejam os materiais que têm recebido a maior atenção até agora, revelaram-se muito difíceis de fabricar e controlar, por isso os cientistas estão ansiosos por encontrar outros compostos que possam ser usados ​​para criar nanofios e nanotubos com propriedades igualmente interessantes, mas mais fáceis. lidar.

Identificando Estruturas 1-D

Assim, Chiara Cignarella, Davide Campi e Nicola Marzari pensaram em usar simulações de computador para analisar cristais tridimensionais conhecidos, procurando aqueles que – com base nas suas propriedades estruturais e electrónicas – parecem poder ser facilmente “esfoliados”, essencialmente descascando-os. uma estrutura 1-D estável. O mesmo método foi usado com sucesso no passado para estudar materiais 2-D, mas esta é a primeira aplicação aos seus homólogos 1-D.

Os pesquisadores partiram de uma coleção de mais de 780 mil cristais, retirados de vários bancos de dados encontrados na literatura e mantidos juntos por forças de van der Waals, o tipo de interações fracas que acontecem quando os átomos estão próximos o suficiente para que seus elétrons se sobreponham. Em seguida, aplicaram um algoritmo que considerava a organização espacial de seus átomos procurando aqueles que incorporavam estruturas semelhantes a fios, e calcularam quanta energia seria necessária para separar essa estrutura 1-D do resto do cristal.

Descobrindo o fio metálico mais fino

“Procurávamos especificamente fios metálicos, que supostamente seriam difíceis de encontrar porque os metais 1-D, em princípio, não deveriam ser suficientemente estáveis ​​para permitir a esfoliação”, diz Cignarella, primeira autora do artigo.

No final, eles criaram uma lista de 800 materiais 1-D, dos quais selecionaram os 14 melhores candidatos – compostos que ainda não foram sintetizados como fios reais, mas que as simulações sugerem como viáveis. Eles então procederam ao cálculo de suas propriedades com mais detalhes, para verificar quão estáveis ​​elas seriam e qual comportamento eletrônico se deveria esperar delas.

Descobertas inovadoras na pesquisa de nanofios

Quatro materiais – dois metais e dois semimetais – destacaram-se como os mais interessantes. Entre eles está o fio metálico CuC2, uma cadeia linear composta por dois átomos de carbono e um átomo de cobre, o nanofio metálico mais fino estável a 0 K encontrado até agora. “É realmente interessante porque não se esperaria que um fio real de átomos ao longo de uma única linha fosse estável na fase metálica”, diz Cignarella. Os cientistas descobriram que ele poderia ser esfoliado a partir de três cristais parentais diferentes, todos conhecidos em experimentos (NaCuC2KCuC2 e RbCuC2). Requer pouca energia para ser extraída deles, e sua cadeia pode ser dobrada preservando suas propriedades metálicas, o que o tornaria interessante para eletrônica flexível.

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Outros materiais interessantes encontrados no estudo, publicado em ACS Nano, incluem o semimetal Sb2O2, que pelas suas propriedades pode permitir estudar um estado exótico da matéria previsto há 50 anos mas nunca observado, denominados isolantes excitónicos, um daqueles raros casos em que fenómenos quânticos se tornam visíveis à escala macroscópica. Depois há Ag2Se2outro semimetal, e TaSe3um composto conhecido e o único que já foi esfoliado em experimentos como nanofio e que os cientistas usaram como referência.

Implicações e direções de pesquisas futuras

Quanto ao futuro, Cignarella explica que o grupo quer se unir a experimentalistas para realmente sintetizar os materiais, ao mesmo tempo em que dá continuidade aos estudos computacionais para ver como eles transportam cargas elétricas e como se comportam em diferentes temperaturas. Ambas as coisas serão fundamentais para entender como funcionariam em aplicações do mundo real.

Referência: “Em busca do fio metálico mais fino” por Chiara Cignarella, Davide Campi e Nicola Marzari, 7 de junho de 2024, ACS Nano.
DOI: 10.1021/acsnano.3c12802



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Formado em Educação Física, apaixonado por tecnologia, decidi criar o site news space em 2022 para divulgar meu trabalho, tenho como objetivo fornecer informações relevantes e descomplicadas sobre diversos assuntos, incluindo jogos, tecnologia, esportes, educação e muito mais.