发布时间：2024-07-18 16:36:30 栏目：精选知识
根据发表在《纳米快报》上的一项研究，钛和硫的纳米带在压缩时可以显著改变性质，变成具有导电能力且不会损失能量的材料。
作者在艰苦寻找能够传输电能而不损失能量的新材料的过程中获得了这一发现，这是长期困扰科学界的热门话题。
“我们的研究重点是这种很有前景的材料：TiS 3纳米带，这是一种由钛和硫制成的微小带状结构。在自然状态下，TiS 3纳米带充当绝缘体，这意味着它们导电性不佳，”沙迦大学应用物理与天文学系副教授 Mahmoud Rabie Abdel-Hafez 说道。
“然而，我们发现，通过对这些纳米带施加压力，我们可以显著改变它们的电学特性，”该研究的主要作者阿卜杜勒哈菲兹补充道。
科学家们将 TiS 3逐渐暴露在压力之下。随着压力的增加，他们首次发现 TiS 3系统经历了一系列转变，从绝缘体变成了金属和超导体。
TiS 3材料被认为是良好的绝缘体，但科学家首次发现它们在压力下可以充当超导体，为超导材料的发展铺平了道路。
“超导体之所以特殊，是因为它们可以在零能量损失的情况下导电，这对于技术应用来说非常有价值，”阿卜杜勒-哈菲兹说。“[但]想象一下这样一个世界，电力可以在没有任何能量以热量形式浪费的情况下传输。这将彻底改变我们使用和分配电力的方式，使从电网到电子设备的一切都变得更加高效。”
正是这种潜力被作者们称为一项突破：TiS 3有可能变成在传输电力时不会产生浪费的材料。通过仔细控制施加在这些材料上的压力，作者确定了它们从一种状态转变为另一种状态的确切点。
阿卜杜勒-哈菲兹指出：“这很重要，因为了解这些转变有助于我们学习如何以类似的方式操纵其他材料，使我们更接近发现或设计可以在更高温度和更实际条件下运行的新型超导体。”
研究表明，在适当的条件下，TiS 3有可能成为此类材料。通过逐渐增加被研究材料的压力，作者观察到它们从绝缘体(不良导体)转变为金属(良好导体)，最后转变为超导体(没有能量损失的完美导体)。
发现 TiS 3材料在压力下可以变成超导体，无疑有助于科学家进一步了解超导所需的条件。作者认为，这一知识对于开发可能在更高、更实用的温度下成为超导体的新材料至关重要。
“这项研究不仅增强了我们对超导性的理解，还展示了国际合作在实现突破性科学成果方面的力量，”瑞典乌普萨拉大学物理学和天文学教授、论文合著者肯定地说。
该项目是沙迦大学研究任务的一部分，旨在开发能够在不损失能量的情况下传输电能的材料，为压力如何改变 TiS 3纳米带的电学特性提供新的见解。
这项研究是瑞典、中国和俄罗斯科学家共同参与的。“这一进展不仅突破了材料科学的界限，还有望在能源传输和电子设备等各个领域实现突破性应用，”阿卜杜勒-哈菲兹说。
关于采用的研究方法，作者写道，他们采用“实验和理论方法，全面探索准一维 (Q1D) 半导体 TiS3 在不同温度范围内的电子特性的高压行为。
“通过高压电阻和高压磁测量，我们发现 TiS 3内发生了一系列独特的相变，包括从环境压力下的绝缘状态转变为 70 GPa 以上的初始超导状态。”
阿卜杜勒-哈菲兹表示，这项研究为寻找新型超导体铺平了道路，他将这一寻找比作“寻找材料科学中的圣杯，因为这些材料可以导电而不会造成任何能量损失。这一点至关重要，因为它可以实现极其高效的电力传输和众多技术进步。”
然而，作者指出，需要进行更多研究来了解这些超导体的工作原理及其背后的理论，这些话题在文献中仍然备受争议。“在我们关于 TiS 3材料的研究论文中，我们发现我们可以显著改变它们的电性能。
“这些材料有可能彻底改变电力传输，使电力传输时不会有任何能量损失。此外，它们还可以推动医学成像、电子设备和磁悬浮列车等交通系统的技术进步，”Abdel-Hafez 说。
作者对他们的研究结果的意义感到乐观。他们指出：“我们的研究结果提供了令人信服的证据，表明在 ∼2.9 K 的低温下超导性是 TiS 3的基本特性，为 TiS3 有趣的高压电子特性提供了新的见解。
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