Brug af stamme til at kontrollere oxynitrid -egenskaber

Japanske forskere er faldet over en simpel metode til at kontrollere indførelsen af ​​defekter, kaldet 'ledige lag, "i perovskite oxynitrider, fører til ændringer i deres fysiske egenskaber. Tilgangen, offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation , kunne hjælpe med udviklingen af ​​fotokatalysatorer.

Oxynitrider er uorganiske forbindelser dannet af ilt, nitrogen og andre kemiske elementer. De har fået stor opmærksomhed i de seneste år på grund af deres interessante egenskaber, med applikationer i optiske enheder og hukommelsesenheder, og ved fotokatalytiske reaktioner, for eksempel.

I 2015, faststofkemiker Hiroshi Kageyama fra Kyoto University's Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) og hans team rapporterede, at de fandt en måde at fremstille oxynitrider ved hjælp af en lavere temperatur ammoniakbehandlingsproces end den konventionelle metode, der kræver mere end 1, 000 grader C). Den nye proces producerede et polykrystallinsk pulver med lag af manglende oxygenatomer, kendt som ilt-ledige fly.

Teamet ønskede at undersøge de fysiske egenskaber ved dette oxynitrid, så de voksede den som en enkelt krystal tynd film på et underlag. "Men ilt-tomrumslagene i den resulterende film var i et andet plan end det originale pulver, "Siger Kageyama. De spekulerede på, om det underliggende substrat påvirkede orienteringen af ​​iltplaceringslagene.

Holdet voksede en film af strontiumvanadiumoxid (SrVO ₃ ) på forskellige substrater og behandlede det i ammoniak ved en lav temperatur på 600 grader C. Laget af ilt -ledige lag og deres periodicitet - hvor ofte de optræder i filmens andre lag - ændrede sig afhængigt af graden af ​​uoverensstemmelse mellem gitteret stammer 'i underlaget og den overliggende film. Gitterstamme er en kraft, der påføres af substratet, der får atomerne i et materiale til at forskydes let i forhold til deres normale position.

"Selvom kemikere i fast tilstand har vidst, at iltdefektplaner spiller en vigtig rolle for at ændre egenskaberne af oxider, såsom at fremkalde superledning, vi har ikke været i stand til at kontrollere deres dannelse før, "Siger Kageyama.

Oxider syntetiseres typisk ved hjælp af reaktioner ved høj temperatur, gør det svært at kontrollere deres krystalstrukturer. Brug af en lavere temperatur og belastning i dette eksperiment var nøglen til succes.

"Vores team udviklede en metode til at oprette og kontrollere retningen og periodiciteten af ​​lagene af ilt-tomrum i tynde filmoxider ved blot at påføre stamme, "Siger Kageyama." Da belastningsenergien er enormt stor, så mange som tusinder af grader Celsius, vi er i stand til at bruge det til at stabilisere nye strukturer, der ellers ikke dannes. "

Kageyama siger, at det ville være interessant at undersøge, hvordan ændringer i tykkelsen af ​​oxidfilmen, eller reaktionstemperatur og -tid, kan også påvirke orienteringen og periodiciteten af ​​oxygen-tomrumslagene.