A pesquisa teórica no Oak Ridge National Laboratory pode ajudar a explicar os resultados experimentais em dióxido de vanádio, como a formação de canais condutores finos (vistos em branco) que podem aparecer sob tensão em uma amostra de dióxido de vanádio em nanoescala.
(PhysOrg.com) - Um estudo sistemático das mudanças de fase no dióxido de vanádio resolveu um mistério que intrigou os cientistas por décadas, de acordo com pesquisadores do Laboratório Nacional Oak Ridge do Departamento de Energia.
Os cientistas sabem que o dióxido de vanádio exibe várias fases concorrentes quando atua como um isolante em temperaturas mais baixas. Contudo, a natureza exata do comportamento da fase não foi compreendida desde o início da pesquisa com dióxido de vanádio no início dos anos 1960.
Alexander Tselev, um associado de pesquisa da Universidade de Tennessee-Knoxville trabalhando com o Centro de Ciências de Materiais Nanofásicos do ORNL, em colaboração com Igor Luk'yanchuk da Universidade de Picardia, na França, usou uma teoria da física da matéria condensada para explicar os comportamentos de fase observados do dióxido de vanádio, um material de significativo interesse tecnológico para óptica e eletrônica.
"Descobrimos que a competição entre várias fases é puramente impulsionada pela simetria da rede, "Tselev disse." Descobrimos que a estrutura da fase metálica do óxido de vanádio pode 'dobrar' de maneiras diferentes durante o resfriamento, então o que as pessoas observaram foram diferentes tipos de dobras. "
O dióxido de vanádio é mais conhecido no mundo dos materiais por sua rápida e abrupta transição de fase que essencialmente transforma o material de um metal em um isolante. A mudança de fase ocorre a cerca de 68 graus Celsius.
"Essas características de condutividade elétrica tornam o dióxido de vanádio um excelente candidato para inúmeras aplicações em óptica, dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos, "Tselev disse.
Dispositivos que podem tirar proveito das propriedades incomuns do VO2 incluem lasers, detectores de movimento e detectores de pressão, que poderia se beneficiar do aumento da sensibilidade proporcionado pelas mudanças nas propriedades do dióxido de vanádio. O material já é utilizado em tecnologias como sensores infravermelhos.
Os pesquisadores disseram que seu trabalho teórico pode ajudar a orientar futuras pesquisas experimentais em dióxido de vanádio e, em última análise, auxiliar no desenvolvimento de novas tecnologias baseadas em VO. 2 .
"Na física, você sempre quer entender como o material funciona, "disse Sergei Kalinin, um cientista sênior do CNMS. "A teoria termodinâmica permitirá que você preveja como o material se comportará em diferentes condições externas."
Os resultados foram publicados no American Chemical Society's Nano Letras . A equipe de pesquisa também incluiu Ilia Ivanov, John Budai e Jonathan Tischler no ORNL e Evgheni Strelcov e Andrei Kolmakov na Southern Illinois University.
A pesquisa teórica da equipe se expande em estudos experimentais anteriores de ORNL com imagens de microondas que demonstraram como deformações e mudanças na simetria da rede cristalina podem produzir fios condutores finos em amostras de dióxido de vanádio em nanoescala.
