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Materiais Avançados

Ponto triplo sólido: material é condutor e isolante ao mesmo tempo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/09/2013

Ponto triplo de estado sólido: material é condutor e isolante ao mesmo tempo
As linhas de dados mostram onde duas das três fases de estado sólido do dióxido de vanádio podem existir estavelmente. O ponto onde as linhas se encontram é o ponto triplo do VO2, onde todas as três fases podem coexistir.
[Imagem: David Cobden/University of Washington]

É bem sabido que as três fases comuns da água - gelo, líquido e vapor - podem existir de modo estável em conjunto apenas sob uma temperatura e pressão bem definidas.

Este é o chamado ponto triplo da água, ainda hoje usado para definir a temperatura.

Também é bem conhecido o fato de que a forma sólida de muitos materiais pode ter numerosas fases.

Agora, cientistas conseguiram fazer pela primeira vez a determinação precisa de um ponto triplo de estado sólido.

Eles conseguiram identificar a temperatura e a pressão exatas nas quais três fases sólidas podem coexistir de forma estável em um material chamado dióxido de vanádio, muito usado em pesquisas de alta tecnologia.

O experimento mostrou que duas fases isolantes e uma fase condutora do dióxido de vanádio sólido podem coexistir de forma estável a 65 graus Celsius, permanecendo estáveis em um intervalo de um décimo de grau.

Assim, além do interesse científico, o resultado pode ter efeitos práticos, já que 65º C é uma temperatura muito convidativa para circuitos eletrônicos.

Ponto triplo sólido

Para identificar o ponto triplo sólido, Jae Hyung Park e seus colegas da Universidade da Washington, nos Estados Unidos, esticaram nanofios de dióxido de vanádio (VO2) sob um microscópio - eles tiveram que construir um aparelho especial para esticar os fios sem quebrá-los.

A equipe inicialmente queria apenas aprender mais sobre a transição de fase, e só aos poucos percebeu que o ponto triplo era fundamental para essa transição.

Isso não aconteceu de uma só vez. Foram inúmeros experimentos ao longo de vários anos, culminando com o desenvolvimento de mais um equipamento para criar as condições para identificar e manter o ponto triplo.

Por ironia, o material só manifestou seu ponto triplo de estado sólido quando nenhuma força estava sendo aplicada aos nanofios - eles não estavam sendo nem esticados e nem comprimidos.

Como o dióxido de vanádio tem uma velocidade de chaveamento muito rápida, o que o torna útil em microeletrônica avançada, os pesquisadores acreditam que a simultaneidade das fases isolante e condutora em uma temperatura tão amena deverá dar novo impulso às pesquisas com aplicações práticas do material.

A equipe agora planeja usar seus equipamentos únicos para tentar identificar e isolar pontos triplos em outras substâncias sólidas de interesse científico e tecnológico.

Bibliografia:

Artigo: Measurement of a solid-state triple point at the metal-insulator transition in VO2
Autores: Jae Hyung Park, Jim M. Coy, T. Serkan Kasirga, Chunming Huang, Zaiyao Fei, Scott Hunter, David H. Cobden
Revista: Nature
Vol.: 500, 431-434
DOI: 10.1038/nature12425
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