Les chercheurs ont découvert que l’application d’une pression sur des nanorubans de titane et de soufre (TiS3) les transforme d’isolants en supraconducteurs capables de transmettre l’électricité sans perte d’énergie. Cette avancée, détaillée dans la revue Nano Letters, a des implications significatives pour la transmission de puissance et pourrait révolutionner divers domaines technologiques en développant de nouveaux matériaux supraconducteurs. Crédit : Issues.fr.com
Une étude a montré que la compression des nanorubans TiS3 les transforme d'isolants en supraconducteurs, permettant ainsi la transmission d'électricité sans perte d'énergie. Cette découverte ouvre de nouvelles possibilités pour faire progresser les technologies économes en énergie et la science des matériaux.
Selon une étude parue dans la revue Lettres nanola compression de nanorubans constitués de titane et de soufre peut altérer considérablement leurs propriétés, les transformant en matériaux capables de conduire l'électricité sans perte d'énergie.
Les auteurs ont fait cette découverte au cours de leur recherche minutieuse de nouveaux matériaux capables de transmettre l’électricité sans perte d’énergie, un sujet brûlant qui hante depuis longtemps la communauté scientifique.
« Nos recherches se concentrent sur l'un de ces matériaux prometteurs : le TiS3 les nanorubans, qui sont de minuscules structures en forme de ruban faites de titane et de soufre. A l'état naturel, les TiS3 les nanorubans agissent comme des isolants, ce qui signifie qu'ils ne conduisent pas bien l'électricité », explique Mahmoud Rabie Abdel-Hafez, professeur agrégé au département de physique appliquée et d'astronomie de l'université de Sharjah.
« Cependant, nous avons découvert qu'en appliquant une pression sur ces nanorubans, nous pouvions modifier radicalement leurs propriétés électriques », ajoute Abdel-Hafez, auteur principal de l'étude.
Résultats expérimentaux
Les scientifiques ont exposé le TiS3 à une pression progressive. En augmentant la pression, ils ont constaté que le TiS3 Le système a subi pour la première fois une série de transitions, passant du statut d'isolant à celui de métaux et de supraconducteurs.
TiS3 On sait que ces matériaux fonctionnent comme de bons isolants, mais c'est la première fois que les scientifiques découvrent que sous pression, ils peuvent fonctionner comme des supraconducteurs, ouvrant ainsi la voie au développement de matériaux supraconducteurs.
(A) Diagramme de phase température-pression de TiS3. (B) Photographie et image SEM de la microstructure quasi-1D. Crédit : Nano Lettres (2024). https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c00824
« Les supraconducteurs sont spéciaux car ils peuvent conduire l'électricité sans perte d'énergie, ce qui est extrêmement précieux pour les applications technologiques », explique Abdel-Hafez. « (Mais) imaginez un monde où l’énergie électrique pourrait être transmise sans qu’aucune énergie ne soit gaspillée sous forme de chaleur. Cela révolutionnerait la façon dont nous utilisons et distribuons l’électricité, rendant tout, des réseaux électriques aux appareils électroniques, beaucoup plus efficace.
C’est précisément ce potentiel que les auteurs présentent comme une avancée majeure : le potentiel du TiS3 se transformer en matériaux ne provoquant aucun déchet lors du transport de l'électricité. En contrôlant soigneusement la pression appliquée à ces matériaux, les auteurs ont identifié les points précis où ils passaient d'un état à un autre.
« C'est important car comprendre ces transitions nous aide à apprendre à manipuler d'autres matériaux de la même manière, ce qui nous rapproche de la découverte ou de la conception de nouveaux supraconducteurs capables de fonctionner à des températures plus élevées et dans des conditions plus pratiques », note Abdel-Hafez.
L'étude montre que TiS3 a le potentiel de devenir de tels matériaux lorsqu’il est soumis aux bonnes conditions. En augmentant progressivement la pression sur les matériaux étudiés, les auteurs ont observé qu'ils passaient du statut d'isolants (mauvais conducteurs) à des métaux (bons conducteurs) et enfin à des supraconducteurs (conducteurs parfaits sans perte d'énergie).
Découvrir ce TiS3 les matériaux peuvent devenir supraconducteurs sous pression aidera certainement les scientifiques à mieux comprendre les conditions requises pour la supraconductivité. Ces connaissances sont cruciales pour développer de nouveaux matériaux qui pourraient être supraconducteurs à des températures plus élevées et plus pratiques, affirment les auteurs.
Efforts de collaboration et perspectives d’avenir
« Cette recherche améliore non seulement notre compréhension de la supraconductivité, mais démontre également le pouvoir de la collaboration internationale pour obtenir des résultats scientifiques révolutionnaires », affirme le professeur de physique et d'astronomie de l'Université d'Uppsala en Suède, co-auteur.
Le projet fait partie des recherches de l'Université de Sharjah visant à développer des matériaux capables de transmettre de l'électricité sans perte d'énergie, offrant ainsi de nouvelles perspectives sur la manière dont la pression peut transformer les propriétés électriques du TiS.3 nanorubans.
Phases induites par la pression de TiS3. (A) Réseau cristallin monoclinique de TiS3 (groupe spatial de P21/m (type-I)) à basse pression. La case grise décrit la cellule unitaire périodique. La liaison 1 (magenta) mesure 2,67 Å de long, tandis que les liaisons 2, 3 et 4 (bleu foncé) mesurent 2,49 Å en moyenne. Pour montrer clairement les chaînes 1D intégrées, nous utilisons des atomes S marron et jaune pour différencier les deux chaînes différentes (mais équivalentes) au sein d'une cellule unitaire périodique. La paire S – S (marquée en orange) relie les atomes S attachés au même Ti. (B) À gauche : Une photographie d’une microstructure Q1D TiS3 (vue comme une ligne sombre) sur un papier blanc. À droite : image SEM de la moustache TiS3 à basse pression. (C) Réseau cristallin monoclinique de TiS3, P21/m (type II), à pression intermédiaire. La case grise décrit la cellule unitaire périodique. La liaison S – S (marquée en violet) relie les atomes S attachés à différents Ti. (D) Réseau cristallin cubique de la phase haute pression (groupe spatial de Pm3m) dans la représentation boule et bâton. (E) Réseau cristallin cubique dans les représentations polyédriques. Crédit : Nano Lettres (2024). https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c00824
L’étude est une entreprise conjointe à laquelle ont participé des scientifiques de Suède, de Chine et de Russie. « Ces avancées repoussent non seulement les limites de la science des matériaux, mais elles promettent également des applications révolutionnaires dans divers domaines, notamment la transmission d'énergie et les appareils électroniques », déclare Abdel-Hafez.
Concernant la méthode adoptée pour mener l'étude, les auteurs écrivent qu'ils ont suivi « des approches expérimentales et théoriques pour explorer de manière exhaustive le comportement à haute pression des propriétés électroniques du TiS ».3un semi-conducteur quasi unidimensionnel (Q1D), sur différentes plages de températures.
« Grâce à la résistance électrique à haute pression et aux mesures magnétiques à des pressions élevées, nous découvrons une séquence distincte de transitions de phase au sein du TiS.3englobant une transformation d’un état isolant à pression ambiante à l’émergence d’un état supraconducteur naissant au-dessus de 70 GPa.
Selon Abdel-Hafez, l'étude ouvre la voie à la recherche de nouveaux supraconducteurs, chasse qu'il compare à « la recherche du Saint Graal dans la science des matériaux, car ces matériaux peuvent conduire l'électricité sans aucune perte d'énergie ». Ceci est crucial car cela pourrait conduire à une transmission de puissance incroyablement efficace et à de nombreuses avancées technologiques.
Cependant, les auteurs notent que des recherches supplémentaires sont nécessaires pour comprendre le fonctionnement de ces supraconducteurs et les théories qui les sous-tendent, des sujets qui font encore l’objet de vifs débats dans la littérature. « Dans notre document de recherche sur TiS3 matériaux, nous avons découvert que nous pouvions modifier considérablement leurs propriétés électriques.
« Ces matériaux ont le potentiel de révolutionner la transmission de l’énergie en permettant de conduire l’électricité sans perte d’énergie. De plus, ils pourraient faire progresser les technologies de l’imagerie médicale, des appareils électroniques et des systèmes de transport tels que les trains à sustentation magnétique », explique Abdel-Hafez.
Les auteurs sont optimistes quant aux implications de leurs découvertes. Ils notent : « Nos résultats fournissent des preuves irréfutables que la supraconductivité à basse température de ∼2,9 K est une caractéristique fondamentale du TiS.3apportant un nouvel éclairage sur les fascinantes propriétés électroniques à haute pression du TiS3.
