Investigadores descobrem 150 mil novos materiais cristalinos que podem ser usados em aplicações tecnológicas

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.
 
Esta 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).
 
De acordo com Tiago Cerqueira, investigador do Centro de Física da Universidade de Coimbra (CFisUC) e coautor do estudo, «existe uma constante pressão económica e social para a descoberta de melhores alternativas, uma vez que este tipo de materiais 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».
 
Neste estudo, continua o investigador, «para além da previsão dos materiais em si, focamo-nos 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. Estes materiais são de extrema importância para aplicações de imagiologia, como máquinas de ressonância magnética», garante, esclarecendo 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».
 
«Apesar de ser computacionalmente possível estudar, com relativa rapidez, uma grande quantidade de materiais, nesta investigação foi estudado um espaço de mil milhões de materiais. Esta análise apenas foi possível recorrendo a ferramentas modernas de machine learning para acelerar o processo», descreve Pedro Borlido, também investigador do CFisUC e coautor do estudo.
 
Sobre os resultados, Pedro Borlido realça ainda que estes milhares de materiais descobertos têm uma alta probabilidade de ser sintetizados experimentalmente. Além disso, a equipa da FCTUC encontrou vários materiais com propriedades semelhantes às dos melhores materiais conhecidos, que, futuramente, podem vir a ter uma aplicação tecnológica.
 
«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.
 
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.
 
Este estudo contou com a participação de Tiago Cerqueira, Pedro Carriço e Pedro Borlido, investigadores do CFisUC, bem como Jonathan Schmidt, Noah Hoffmann, Hai-Chen Wang e Miguel Marques, da Universidade de Halle-Wittenberg, e ainda, Silvana Botti, da Universidade Friedrich-Schiller Jena, ambas na Alemanha.

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