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Cientistas fazem invenção de diamante eletrizante

Escrito por virvida

 

Diamond Electric

O diamante pode conduzir eletricidade uma vez que metais quando é deformado em deformações em nanoescala, de conformidade com as previsões de um estudo de uma equipe internacional de cientistas liderada pela Universidade Tecnológica de Nanyang, Cingapura (NTU Cingapura) e o Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), EUA.

Usando simulações de computador, a equipe, que também inclui pesquisadores do Instituto Skolkovo de Ciência e Tecnologia (Skoltech), na Rússia, mostrou uma vez que uma das primeiras provas de noção que a tensão mecânica aplicada a agulhas de diamante em nanoescala poderia mudar reversivelmente sua geometria e, portanto, suas propriedades elétricas, dando-lhes uma condutividade de metal em temperatura e pressão envolvente.

O estudo publicado na revista Anais da Liceu Vernáculo de Ciências dos Estados Unidos da América em 6 de outubro de 2020, pode levar a futuras aplicações em eletrônica de potência usada em uma ampla variedade de máquinas, de carros e aparelhos elétricos a redes inteligentes; díodos emissores de luz (LEDs) altamente eficientes; dispositivos ópticos; e sensor quântico, que aprimora e melhora o que os sensores podem fazer atualmente.

Os autores correspondentes deste estudo são o presidente da NTU, o professor Subra Suresh, o professor do MIT Ju Li e o observador de pesquisa principal do MIT, Ming Dao. A lista de autores inclui Zhe Shi, estudante de graduação no MIT, e Evgenii Tsymbalov e o Professor Alexander Shapeev na Skoltech.

Esta invenção segue uma invenção experimental por uma equipe de cientistas da NTU-Hong Kong-MIT liderada pelo Professor Suresh, que relatou em um cláusula de 2018 publicado na Science que as nano agulhas de diamante – cada uma tapume de milénio vezes mais finas do que um fio de cabelo humano – podem ser dobrados e esticados substancialmente, para que voltem sem serem danificados quando a tensão é liberada.

A rijeza e rigidez excepcionalmente altas do diamante, junto com suas muitas propriedades físicas extremas, o tornam um material candidato desejável para uma ampla variedade de aplicações. As novas descobertas também abrem o caminho para novas aplicações de diamante nas áreas de informação quântica, eletrônica de potência e fotônica, incluindo o projeto de sensores quânticos, fotodetectores e emissores altamente eficientes e aplicações em imagens biomédicas.

O Prof Suresh, que também é Professor Notável da NTU University, disse: “A capacidade de projetar e projetar a condutividade elétrica em diamante sem mudar sua constituição química e firmeza oferece flexibilidade sem precedentes para o projeto personalizado de suas funções. Os métodos demonstrados neste trabalho podem ser aplicados a uma ampla gama de outros materiais semicondutores de interesse tecnológico em aplicações mecânicas, microeletrônicas, biomédicas, de vontade e fotônica, por meio da engenharia de deformações ”.

De isolador a condutor metálico

Os materiais que permitem a passagem fácil de uma fluente elétrica são conhecidos uma vez que condutores elétricos, enquanto os materiais uma vez que o diamante, que não o fazem, são chamados de isoladores elétricos.

Na maioria das formas, o diamante é um bom isolante elétrico devido ao seu bandgap ultralargo de 5,6 elétron-volts (eV). Isso significa que uma grande quantidade de vontade é necessária para excitar os elétrons do material antes que eles possam atuar uma vez que portadores de uma fluente elétrica. Quanto menor o bandgap, mais fácil será para a fluente fluir.

Usando simulações de computador que envolviam mecânica quântica, análises de deformação mecânica e aprendizagem de máquina, os cientistas descobriram que podem estreitar esse gap ao deformar elasticamente a nano agulha de diamante, dobrando-a uma vez que uma sonda de diamante a empurra para o lado.

Eles mostraram que, à medida que a quantidade de tensão na nanopagulha de diamante aumentava, seu espaçamento previsto diminuía – um indicador de maior condutividade elétrica. O bandgap desapareceu completamente perto da quantidade máxima de tensão que a agulha poderia suportar antes que se quebrasse. Eles mostraram ainda que tal metalização do diamante em nanoescala poderia ser alcançada sem desencadear instabilidade de fônon ou transformação de tempo de diamante em grafite, o material macio dos lápis.

Os pesquisadores logo usaram os resultados da simulação para treinar algoritmos de aprendizagem de máquina para identificar as condições gerais para obter a condutividade elétrica ideal do diamante em nanoescala em várias configurações geométricas. Esta pesquisa científica, ainda em estágio inicial, mostra oportunidades para o desenvolvimento de dispositivos potenciais com propriedades e desempenho sem precedentes.

O quinhoeiro e professor do MIT Ju Li disse: “Descobrimos que é provável reduzir o bandgap de 5,6 eV até zero. O ponto disso é que se você pode mudar continuamente de 5,6 a zero eV, logo você cobre toda a fita de bandgaps. Por meio da engenharia de deformação, você pode fazer com que o diamante tenha o gap do silício, que é mais amplamente usado uma vez que semicondutor, ou nitreto de gálio, que é usado para LEDs. Você pode até mesmo transformá-lo em um detector de infravermelho ou detectar toda uma gama de luz desde o infravermelho até a secção ultravioleta do espectro. ”

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