Metais opticamente activos para as tecnologias do futuro
O cloreto de magnésio composto desafia as regras convencionais do comportamento metálico
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Uma equipa internacional de investigação liderada pela Universidade de Bayreuth descobriu um metal que combina condutividade eléctrica com polaridade interna. Isto permite-lhe exibir a geração de segundo harmónico - um efeito ótico tipicamente observado apenas em não-metais que é de particular interesse para sensores e engenharia eléctrica. Os investigadores apresentam os seus resultados no Journal of the American Chemical Society.
O Mg₃Cl₇, sintetizado numa célula de bigorna de diamante aquecida a laser sob alta pressão e temperatura, foi identificado como um metal polar que exibe geração de segunda harmónica (SHG).
Yuqing Lin
Descobertas recentes de uma equipa internacional liderada pela Universidade de Bayreuth mostram que o composto cloreto de magnésio (Mg₃Cl₇) desafia as regras convencionais do comportamento metálico. Enquanto os metais típicos conduzem eletricidade através de um "mar" de electrões livres que rodeiam os seus átomos, a condutividade no cloreto de magnésio ocorre através de electrões fornecidos por iões de cloreto, tornando-o um metal aniónico. Este mecanismo enfraquece a blindagem eléctrica habitual encontrada nos metais e permite que o composto mantenha uma separação interna permanente de cargas - uma propriedade conhecida como polaridade. É notável que este metal polar não conduza apenas eletricidade: quando exposto à luz, emite luz com o dobro da frequência. Esta rara combinação de condutividade eléctrica, polaridade e duplicação da frequência ótica não só é invulgar como também muito valiosa para aplicações em eletrónica, sensores e sistemas de energia.
"É muito emocionante termos descoberto um metal que não só conduz eletricidade como também emite luz de forma inesperada", afirma o Dr. Yuqing Yin, investigador de pós-doutoramento no Grupo de Física e Tecnologia de Materiais em Condições Extremas da Universidade de Bayreuth e principal autor do estudo. "Esta combinação é extremamente invulgar na natureza e abre perspectivas inteiramente novas para a conceção de materiais multifuncionais".
A descoberta foi feita sob alta pressão utilizando uma célula de bigorna de diamante - um instrumento capaz de gerar pressões comparáveis às encontradas no interior dos planetas. Utilizando feixes intensos de raios X de sincrotrão, a equipa conseguiu determinar a estrutura cristalina do cloreto de magnésio in situ, uma vez que o material só existe em condições extremas. Embora ainda não possa ser produzido em quantidades industriais, a descoberta abre a porta a uma nova classe de materiais que combinam a condutividade metálica com propriedades ópticas valiosas.
"Estamos apenas no início", observa o Professor Dr. Leonid Dubrovinsky, investigador do Geoinstituto da Baviera (BGI) da Universidade de Bayreuth e coautor sénior da publicação. "Os princípios que descobrimos oferecem novas formas de pensar a química e a conceção de materiais. O nosso trabalho mostra que mesmo elementos muito simples como o magnésio e o cloro podem, nas condições certas, formar estruturas completamente inesperadas com propriedades únicas".
O estudo realça a forma como a investigação a alta pressão continua a revelar comportamentos surpreendentes em elementos e compostos aparentemente comuns. Ao levar os materiais para além dos limites da química quotidiana, os cientistas estão a descobrir novas regras - e novas possibilidades - para conceber os materiais funcionais do futuro.
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Publicação original
Yuqing Yin, Leonid Dubrovinsky, Ferenc Tasnádi, Igor A. Abrikosov, Andrey Aslandukov, Alena Aslandukova, Fariia Iasmin Akbar, Wenju Zhou, Florian Knoop, Dominique Laniel, Anna Pakhomova, Timofey Fedotenko, Konstantin Glazyrin, Gaston Garbarino, Haixing Fang, Natalia Dubrovinskaia; "High-Pressure Mg3Cl7 Synthesized in a Diamond Anvil Cell as a Polar Metal with Second-Harmonic Generation"; Journal of the American Chemical Society, Volume 147, 2025-9-2
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