Сжатые наноленты титана и серы могут передавать электричество без потерь энергии, обнаружили ученые

Сжатые наноленты титана и серы могут передавать электричество без потерь энергии, обнаружили ученые

Фазы TiS, вызванные давлением3. (A) Моноклинная кристаллическая решетка TiS.3 (пространственная группа P21/м (тип-I)) при низком давлении. Серым прямоугольником обозначена периодическая элементарная ячейка. Длина связи 1 (пурпурный) составляет 2,67 Å, ​​а длина связей 2, 3 и 4 (темно-синий) составляет в среднем 2,49 Å. Чтобы ясно показать встроенные одномерные цепи, мы используем темно-бордовые и желтые атомы S, чтобы дифференцировать две разные (но эквивалентные) цепи внутри периодической элементарной ячейки. Пара S–S (отмечена оранжевым цветом) соединяет атомы S, присоединенные к одному и тому же Ti. (B) Слева: фотография Q1D TiS.3 микроструктура (представленная в виде темной линии) на белой бумаге. Справа: СЭМ-изображение TiS.3 усик при низком давлении. (C) Моноклинная кристаллическая решетка TiS.3,П21/м (тип-II), при промежуточном давлении. Серым прямоугольником обозначена периодическая элементарная ячейка. Связь S–S (отмечена фиолетовым цветом) соединяет атомы S, присоединенные к разным Ti. (D) Кубическая кристаллическая решетка фазы высокого давления (пространственная группа Pm3m) в шаростержневом представлении. (E) Кубическая кристаллическая решетка в многогранных представлениях. Кредит: Нано-буквы (2024). 10.1021/acs.nanolett.4c00824

Согласно исследованию, опубликованному в журнале, при сжатии наноленты из титана и серы могут кардинально менять свойства, превращаясь в материалы, способные проводить ство без потери энергии. Нано-буквы.


Авторы сделали это открытие в ходе кропотливого поиска новых материалов, способных передавать электричество без потери энергии. Это горячая тема, которая долгое время не давала покоя научному сообществу.

«Наши исследования сосредоточены на одном таком многообещающем материале: ТиС.3 наноленты, представляющие собой крошечные лентообразные структуры из титана и серы. В своем естественном состоянии TiS3 наноленты действуют как изоляторы, то есть они плохо проводят электричество», — говорит Махмуд Раби Абдель-Хафез, доцент кафедры прикладной физики и астрономии Университета Шарджи.

«Однако мы обнаружили, что, оказывая давление на эти наноленты, мы можем резко изменить их электрические свойства», — добавляет Абдель-Хафез, главный автор исследования.

Ученые выявили TiS3 постепенному давлению. Повысив давление, они обнаружили, что ТиС3 Система впервые претерпела ряд переходов: от изоляторов к металлам и сверхпроводникам.



ТиС3 Известно, что материалы работают как хорошие изоляторы, но е впервые обнаружили, что под давлением они могут функционировать как сверхпроводники, что открывает путь для разработки сверхпроводящих материалов.

«Сверхпроводники особенные, потому что они могут проводить электричество с нулевыми потерями энергии, что невероятно ценно для технологических приложений», — говорит Абдель-Хафез. “[But] представьте себе мир, в котором электроэнергия может передаваться без потери энергии в виде тепла. Это произвело бы революцию в том, как мы используем и распределяем электроэнергию, сделав все, от электросетей до электронных устройств, гораздо более эффективным».

Именно этот потенциал авторы называют прорывом: потенциал TiS.3 превращаться в материалы, не вызывающие отходов при передаче электроэнергии. Тщательно контролируя давление, оказываемое на эти материалы, авторы определили точные точки, где они переходили из одного состояния в другое.

«Это важно, потому что понимание этих переходов помогает нам научиться манипулировать другими материалами аналогичным образом, приближая нас к открытию или разработке новых сверхпроводников, которые могут работать при более высоких температурах и в более практичных условиях», — отмечает Абдель-Хафез.

Исследование показывает, что ТиС3 имеет потенциал стать таким материалом при воздействии на него правильных условий. Постепенно увеличивая давление на исследуемые материалы, авторы наблюдали, что они перешли от изоляторов (плохих проводников) к металлам (хорошим проводникам) и, наконец, к сверхпроводникам (идеальным проводникам без потерь энергии).

(A) Фазовая диаграмма температура-давление TiS3. (B) Фотография и СЭМ-изображение квази-1D микроструктуры. Кредит: Нано-буквы (2024). 10.1021/acs.nanolett.4c00824

Обнаружив, что ТиС3 материалы могут становиться сверхпроводниками под давлением, несомненно, поможет ученым лучше понять условия, необходимые для сверхпроводимости. Эти знания имеют решающее значение для разработки новых материалов, которые могут быть сверхпроводниками при более высоких и более практичных температурах, утверждают авторы.

«Это исследование не только расширяет наше понимание сверхпроводимости, но и демонстрирует силу международного сотрудничества в достижении новаторских научных результатов», — утверждает профессор физики и астрономии шведского Уппсальского университета, соавтор.

Этот проект является частью исследовательского проекта Университета Шарджи по разработке материалов, способных передавать электричество без потерь энергии, предлагая новое понимание того, как давление может изменить электрические свойства TiS.3 наноленты.

Исследование является совместным проектом, в котором приняли участие ученые из Швеции, Китая и России. «Это достижение не только расширяет границы материаловедения, но и обещает революционные применения в различных областях, включая передачу энергии и электронные устройства», — говорит Абдель-Хафез.

О методе, принятом для проведения исследования, авторы пишут, что они использовали «экспериментальные и теоретические подходы для всестороннего изучения поведения электронных свойств TiS при высоком давлении».3квазиодномерный (Q1D) полупроводник, в различных температурных диапазонах.

«Благодаря измерению электрического сопротивления под высоким давлением и магнитных измерений при повышенном давлении мы обнаруживаем характерную последовательность фазовых переходов внутри TiS.3включающий в себя переход от изолирующего состояния при окружающем давлении к возникновению зарождающегося сверхпроводящего состояния при давлении выше 70 ГПа».

По словам Абдель-Хафеза, исследование открывает путь к поиску новых сверхпроводников, охоту, которую он сравнил с «поиском Святого Грааля в материаловедении, поскольку эти материалы могут проводить электричество без каких-либо потерь энергии». невероятно эффективной передаче энергии и многочисленным технологическим достижениям».

Однако авторы отмечают, что необходимы дополнительные исследования, чтобы понять, как работают эти сверхпроводники и лежащие в их основе теории — темы, которые до сих пор горячо обсуждаются в литературе. «В нашей исследовательской работе по ТиС3 материалов, мы обнаружили, что можем кардинально изменить их электрические свойства.

«Эти материалы могут совершить революцию в передаче энергии, позволяя проводить электричество без каких-либо потерь энергии. Кроме того, они могут способствовать развитию технологий в области медицинской визуализации, электронных устройств и транспортных систем, таких как поезда на магнитной подвеске», — говорит Абдель-Хафез.

Авторы с оптимизмом оценивают последствия своих выводов. Они отмечают: «Наши результаты убедительно доказывают, что сверхпроводимость при низких температурах ~2,9 К является фундаментальной характеристикой TiS.3проливающий новый свет на интригующие электронные свойства TiS при высоком давлении.3.”

Больше информации:
Махмуд Абдель-Хафиз и др., От изолятора к сверхпроводнику: серия переходов под давлением в квазиодномерных нанолентах TiS3, Нано-буквы (2024). DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c00824.

Предоставлено Университетом Шарджи

Цитирование: Сжатые наноленты из титана и серы могут передавать электричество без потерь энергии, обнаружили ученые (10 июня 2024 г.), получено 11 июня 2024 г. с https://phys.org/news/2024-06-compressed-titanium-sulfur-nanoribbons-transmit. HTML

Этот документ защищен авторским правом. За исключением любых добросовестных сделок в целях частного изучения или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Содержимое предоставлено исключительно в информационных целях.