Portugueses ajudam a descobrir milhares de novos materiais cristalinos para usar em aplicações tecnológicas

Os painéis solares, para os quais a comunidade científica continua em busca de alternativas ou complementos à atual tecnologia baseada em silício, ou as baterias de estado sólido, cada vez mais relevantes com a disseminação dos carros elétricos, são dois exemplos de aplicações.

Tiago Cerqueira, Pedro Borlido e Pedro Carriço

Um grupo de investigadores do Departamento de Física (DF) da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra (FCTUC) previu computacionalmente 150 mil novos materiais cristalinos passíveis de serem sintetizados e, posteriormente, estudados para utilização em aplicações tecnológicas.

A descoberta resultou do estudo "Machine-learning-assisted determination of the global zero-temperature phase diagram of materials", publicado na revista Advanced Materials, que teve como foco a previsão de materiais cristalinos, ou seja, compostos cujos átomos estão organizados num padrão que se repete em todas as direções do espaço, como por exemplo o sal de mesa (cloreto de sódio), o quartzo (dióxido de silício) e o diamante (carbono).

O tipo de materiais descoberto está na base da maioria das tecnologias modernas. Dois exemplos são os painéis solares, para os quais a comunidade científica continua em busca de alternativas ou complementos à atual tecnologia baseada em silício, ou em baterias de estado sólido, que se tornam cada vez mais relevantes com a disseminação dos carros elétricos.

Além da previsão dos materiais em si, os investigadores focaram-se também na procura de materiais supercondutores e materiais super-duros.

De uma forma muito simplificada, um supercondutor é um material que quando arrefecido abaixo de uma certa temperatura, a chamada “temperatura crítica”, perde subitamente toda a resistência elétrica, explica Tiago Cerqueira, investigador do Centro de Física da Universidade de Coimbra (CFisUC) e coautor do estudo, citado numa nota enviada às redações.

Estes materiais são de extrema importância para aplicações de imagiologia, como máquinas de ressonância magnética, garante. O cientista esclarecendo também que um super-duro é um material cuja dureza se aproxima, ou supera, a do diamante, e normalmente são usados na indústria para ferramentas de corte, por exemplo.

Embora seja computacionalmente possível estudar, com relativa rapidez, uma grande quantidade de materiais, nesta investigação foi estudado um espaço de mil milhões de materiais. A análise só foi possível recorrendo a ferramentas modernas de machine learning para acelerar o processo.

Estes milhares de materiais descobertos têm uma alta probabilidade de serem sintetizados experimentalmente. Além disso, a equipa da FCTUC encontrou vários materiais com propriedades semelhantes às dos melhores materiais conhecidos, que podem vir a ter uma aplicação tecnológica futuramente.

“Grande parte dos estudos recentes passa pela procura de materiais com propriedades específicas, que é hoje feito essencialmente nos materiais até aqui conhecidos. Ao ampliarmos o espaço de procura, esperamos aumentar também a probabilidade de encontrar novos materiais para as mais diversas aplicações tecnológicas”, afirma Pedro Borlido, também investigador do CFisUC e coautor do estudo.

Para o grupo de investigadores da FCTUC, é importante passar à comunidade a relevância da física do estado sólido para o desenvolvimento tecnológico. “Sem estudos das propriedades básicas da matéria, não nos seria possível perceber como conceber e melhorar sistemas complexos, como por exemplo a microeletrónica, os painéis fotovoltaicos, as baterias e até novos medicamentos”, conclui.