Noul proces inovator într-un singur pas pentru crearea de metamateriale auto-asamblate

În timp ce studiau un material cu film subțire numit stanat de stronțiu (SrSnO3), cercetătorii de la Universitatea din Minnesota au observat formarea la scară nano a modelelor cheie similare structurilor fabricate în procese costisitoare, în mai multe etape. Rezultatele lor arată posibilitatea reală de a proiecta structuri similare auto-asamblate cu aplicații largi în materiale pentru dispozitive electronice și optice. Credit: Jalan Group, Universitatea din Minnesota

O echipă condusă de cercetători de la Universitatea din Minnesota din Orașele Gemene a descoperit un proces inovator într-un singur pas pentru crearea materialelor cu proprietăți unice, numite metamateriale. Rezultatele lor arată posibilitatea reală de a proiecta structuri auto-asamblate similare cu potențialul de a crea nanostructuri „construite la comandă” pentru o aplicare largă în dispozitive electronice și optice.

Cercetarea a fost publicată și prezentată pe coperta Scrisoarea Nano, un jurnal științific evaluat de colegi publicat de American Chemical Society.

În general, metamaterialele sunt materiale fabricate în laborator pentru a oferi proprietăți fizice, chimice, electrice și optice specifice care altfel ar fi imposibil de găsit în materialele naturale. Aceste materiale pot avea proprietăți unice, care le fac ideale pentru o varietate de aplicații, de la filtre optice și dispozitive medicale la izolare fonică a aeronavelor și monitorizarea infrastructurii. De obicei, aceste materiale la scară nano sunt fabricate cu precizie într-un mediu specializat de cameră curată timp de zile și săptămâni, într-un proces de fabricație în mai mulți pași.

În această nouă cercetare, o echipă a Universității din Minnesota studia un material cu peliculă subțire numit stanat de stronțiu sau SrSnO3. În timpul cercetării lor, au observat formarea uimitoare a modelelor de tastatură la scară nano similară cu structurile metamateriale fabricate în procesul costisitor, în mai mulți pași.

„La început am crezut că aceasta trebuie să fie o greșeală, dar ne-am dat seama curând că modelul periodic este un amestec de două faze ale aceluiași material cu structuri cristaline diferite”, a declarat Bharat Jalan, autorul principal al studiului și expert în sinteza materialelor. care este Shell Shell în cadrul Departamentului de Inginerie Chimică și Știința Materialelor de la Universitatea din Minnesota. „După consultarea cu colegii de la Universitatea din Minnesota, Universitatea din Georgia și Universitatea din New York, ne-am dat seama că am descoperit ceva foarte special care ar putea avea unele aplicații unice”.

Materialul a fost organizat spontan într-o structură ordonată, deoarece a variat de la o etapă la alta. În timpul ceea ce se numește procesul de tranziție de fază structurală de ordinul întâi, materialul s-a mutat într-o fază mixtă în care unele părți ale sistemului au finalizat tranziția, iar altele nu.

„Aceste modele periodice la scară nanometrică sunt o consecință directă a tranziției fazei structurale de ordinul întâi în acest material”, a spus profesorul Richard James, co-autor al studiului și profesor distins la Universitatea McKnight, Universitatea din Minnesota, Inginerie și Mecanică. “Pentru prima dată, munca noastră permite o serie de posibilități pentru utilizarea transformărilor reversibile de fază structurală cu sisteme nanoelectronice și fotonice.”

De fapt, echipa a demonstrat un proces pentru prima nanostructură reglabilă, auto-asamblată, pentru a crea metamateriale într-un singur pas. Cercetătorii au reușit să regleze capacitatea de a stoca proprietatea sarcinii electrice într-un singur film folosind temperatura și lungimea de undă a laserului. Au creat în mod eficient un material de cristal fotonic variabil cu o eficiență de 99%.

Utilizând microscopuri electronice de înaltă rezoluție, cercetătorii au confirmat structura unică a materialului.

„Am observat că granițele dintre aceste faze cristalografice au fost definite brusc la scara atomică, ceea ce este extraordinar pentru un proces auto-asamblat”, a declarat profesorul Andre Mkhoyan, coautor al studiului, expert în microscopie electronică avansată și scaun de Plastic Ray D. și Mary T. Johnson / Mayon în cadrul Departamentului de Inginerie Chimică și Știința Materialelor de la Universitatea din Minnesota.

Cercetătorii caută acum aplicații viitoare pentru descoperirea lor în dispozitive optice și electronice.

„Când am început această cercetare, nu ne-am gândit niciodată la aceste aplicații. „Am fost ghidați de studiul de bază al fizicii materialelor”, a spus Jalan. „Acum, dintr-o dată, se pare că am deschis o zonă cu totul nouă de căutare, care este condusă de posibilitatea unor aplicații noi și interesante.”

Referință: „Nanostructuri auto-asamblate periodic folosind transformări de fază martensitice” de Abhinav Prakash, Tianqi Wang, Ashley Bucsek, Tristan K. Truttmann, Alireza Fali, Michele Cotrufo, Hwanhui Yun, Jong-Woo Kim, Philip J. Ryan, K. Andre Mkhoyan, Andrea Alù, Yohannes Abate, Richard D. James și Bharat Jalan, 2 decembrie 2020, Scrisoarea Nano.
DOI: 10.1021 / acs.nanolett.0c03708

În plus față de Jalan, echipa a inclus cercetătorii Abhinav Prakash, Ashley Bucsek, Tianqi Wang, Tristan K. Truttmann, Hwanhui Yun, K. Andre Mkhoyan și Richard James; Cercetătorii Universității din Georgia, Alireza Fali și Yohannes Abate; Cercetătorii Universității din New York, Michele Cotrufo și Andrea Alù; și cercetătorii Laboratorului Național Argonne Jong-Woo Kim și Philip J. Ryan.

Cercetarea a fost finanțată în principal de Fundația Națională pentru Științe (NSF) și de Biroul de Cercetare a Forțelor Aeriene (AFOSR), cu sprijin suplimentar de la Institutul pentru Mediu al Universității din Minnesota, Programul președintelui Centenarului Norvegian și două burse de studiu ale Vannevar Bush. Munca la Universitatea din Minnesota, care a implicat caracterizarea peliculei subțiri, a fost susținută de Departamentul de Energie al SUA. O parte din cercetare a fost realizată la Minnesota Nano Center și la Facilitatea de caracterizare de la Universitatea din Minnesota, finanțate parțial de către National Science Foundation. Lucrările suplimentare au fost finalizate la Advanced Photon Source, un Birou de Științe pentru Utilizatorii Științei care funcționează pentru Departamentul pentru Energie al SUA, Biroul de Științe din Laboratorul Național Argonne.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Zirconii antici datează începutul tectonicii plăcilor în urmă cu 3,6 miliarde de ani – un eveniment critic pentru a face pământul ospitalier pentru viață

Zirconii examinați de echipa de cercetare, fotografiați cu catodoluminiscență, tehnică cu care echipa a putut vizualiza interiorul cristalelor cu un microscop electronic cu scanare...

Putem face opioidele mai puțin dependente? [Video]

În 2017, milioane de oameni din întreaga lume erau dependenți de opioide și 115.000 au murit din cauza unui supradozaj. Opioidele sunt cele mai puternice...

Măsurile neconvenționale împotriva pandemiei și apărării nucleare pot proteja omenirea de catastrofe catastrofale

Lansarea mânerului SM-3 Block IB de la un crucișător cu rachete ghidate USS Lake Erie (CG 70). Credit: Marina SUA În curând viața pe...

Situl de legare a anticorpilor conservat în variantele de virus COVID-19 – impact mare pentru vaccinurile viitoare

O echipă de cercetare Penn State a descoperit că proteinele N din barza-covi-2 sunt stocate în toate coronavirusurile epidemice legate de îngrășăminte (sus, stânga:...

Mișcări ale electronilor de ceas în interiorul unui atom: viteza obturatorului de o milionime dintr-o miliardime de secundă

Reprezentarea artistică a experimentului. Întârzierea inerentă între emisia celor două tipuri de electroni duce la o elipsă caracteristică în datele analizate. În...

Newsletter

Subscribe to stay updated.