Рост кристаллических материалов, состоящих из нанометров

May 01, 2023

Первые сведения об инженерном кристалле Рост с помощью металлических нанокластеров атомарной точности был достигнут в исследовании, проведенном исследователями из Сингапура, Саудовской Аравии и Финляндии. Работа была опубликована в журнале Nature Chemistry.

Обычное твердое вещество состоит из атомов, организованных в кристаллическую решетку. Химический характер атомов и симметрия решетки определяют свойства вещества, например, является ли оно металлом, полупроводником или электрическим изолятором. Симметрия решетки может быть изменена условиями окружающей среды, такими как температура или высокое давление, что может вызвать структурные переходы и превратить даже электрический изолятор в электрический проводник, то есть в металл.

Более крупные идентичные объекты, такие как наночастицы или металлические нанокластеры атомарной точности, также могут организовываться в кристаллическую решетку, образуя так называемые метаматериалы. Однако информации о том, как спроектировать рост таких материалов из их строительных блоков, недостаточно, поскольку рост кристаллов представляет собой типичный процесс самосборки.

Теперь первые сведения о технологическом росте кристаллов с помощью металлических нанокластеров атомарной точности были достигнуты в исследовании, проведенном исследователями из Сингапура, Саудовской Аравии и Финляндии. Они синтезировали металлические кластеры, состоящие всего из 25 атомов золота диаметром один нанометр. Эти кластеры растворимы в воде благодаря молекулам-лигандам, защищающим золото. Известно, что этот кластерный материал самоорганизуется в четко выраженные плотноупакованные монокристаллы при испарении водного растворителя. Однако исследователь нашел новую концепцию регулирования роста кристаллов путем добавления молекулярных ионов тетраалкиламмония в растворитель. Эти ионы влияют на химию поверхности кластеров золота, а их размер и концентрация, как было замечено, влияют на размер, форму и морфологию образующихся кристаллов. Примечательно, что изображения некоторых кристаллов, полученные электронной микроскопией высокого разрешения, показали, что они состоят из полимерных цепочек кластеров с межчастичными связями из четырех атомов золота. Продемонстрированная химия поверхности открывает новые пути создания метаматериалов на основе металлических кластеров для исследования их электронных и оптических свойств.

- Этот пресс-релиз первоначально был опубликован на сайте Университета Ювяскюля.