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

Согласно исследованию, опубликованному в журнале, при сжатии наноленты из титана и серы могут кардинально менять свойства, превращаясь в материалы, способные проводить электричество 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 ученые 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).

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.”