Quando cientistas e engenheiros descobrem novas maneiras de otimizar os materiais existentes, abre o caminho para inovações que tornam tudo, desde nossos telefones e computadores até nossos equipamentos médicos, menores, mais rápido, e mais eficiente.

De acordo com pesquisa publicada hoje pelo Nature Journal NPG Asia Materials , um grupo de pesquisadores, liderado por Edwin Fohtung, um professor associado de ciência de materiais e engenharia do Rensselaer Polytechnic Institute - descobriu uma nova maneira de otimizar o níquel, desbloqueando propriedades que podem permitir inúmeras aplicações, de biossensores à computação quântica.

Eles demonstraram que quando o níquel é transformado em extremamente pequeno, nanofios de cristal único e submetidos a energia mecânica, um enorme campo magnético é produzido, um fenômeno conhecido como magnetostrição gigante.

Inversamente, se um campo magnético for aplicado ao material, então os átomos internos mudarão de forma. Esse deslocamento pode ser explorado para coletar energia. Essa característica, Fohtung disse, é útil para armazenamento e coleta de dados, até mesmo biossensores. Embora o níquel seja um material comum, sua promessa nessas áreas não era conhecida.

“Imagine construir um sistema com grandes áreas de nanofios. Você poderia colocá-lo em um campo magnético externo e ele coletaria uma enorme quantidade de energia mecânica, mas seria extremamente pequeno, "Fohtung disse.

Os pesquisadores descobriram esta propriedade única através de uma técnica chamada microscopia sem lente, em que um síncrotron é usado para coletar dados de difração. Esses dados são então plugados em algoritmos de computador para produzir imagens 3-D de densidade eletrônica e deslocamento atômico.

Usando uma abordagem de big data, Fohtung disse, esta técnica pode produzir imagens melhores do que os microscópios tradicionais, dando aos pesquisadores mais informações. Ele combina a física computacional e experimental com a ciência dos materiais - uma interseção de suas múltiplas áreas de especialização.

"Essa abordagem é capaz de ver objetos extremamente pequenos e descobrir coisas que nunca pensamos que existissem sobre esses materiais e seus usos, "Fohtung disse." Se você usa lentes, há um limite para o que você pode ver. É determinado pelo tamanho da sua lente, a natureza de suas lentes, a curvatura de sua lente. Sem lentes, nossa resolução é limitada apenas pelo comprimento de onda da radiação. "

Fohtung usou a mesma técnica para mostrar que hexaferrita de bário - um material universal e abundante, frequentemente usado em fitas, CDs, e componentes de computador - tem polarização magnética e elétrica espontânea simultaneamente, que aumenta e diminui quando exposta a um campo elétrico. A propriedade, conhecido como ferroeletricidade, é útil para escrita rápida, economia de energia, e armazenamento de dados. Essas descobertas foram publicadas recentemente em Revisão Física B .

Fohtung acredita que a abordagem sem lentes para estudar substâncias permitirá que os pesquisadores aprendam ainda mais sobre materiais de estado sólido, como aqueles usados ​​em dispositivos tecnológicos. Pode até permitir uma compreensão mais profunda dos tecidos e células humanos, que pode ser visto em um habitat mais natural usando esta técnica.

"O que me entusiasma muito nisso é o potencial para o futuro. Existem tantos materiais existentes que simplesmente não somos capazes de compreender as aplicações potenciais, "Fohtung disse.