Den temperaturkontrollerede justering af små krystaller kan hjælpe med at udnytte deres kollektive egenskaber til nanoteknologi

De unikke magnetiske egenskaber ved koboltphosphid nanotråde står dem godt til rette som fremtidige komponenter i højtydende enheder. I modsætning til bulkmaterialer, disse ultrasmå aflange krystaller består af enkelt-domæne strukturer, der tegner sig for deres superparamagnetisme - en temperaturinduceret magnetisme, der opstår i et magnetfelt. For at opretholde og fuldt ud udnytte denne adfærd, forskere skal generere materialer sammensat af præcist placerede og orienterede byggesten. Sådanne overbygninger er nu tilgængelige, takket være udviklingen af ​​en metode, der bruger temperaturændringer til at justere individuelle nanotråde. Ming-Yong Han fra A*STAR Institute of Materials Research and Engineering, Sinapore, ledet forskningen.

Nuværende metoder til selvsamling af nanokrystal involverer afsætning af en krystalsuspension på en fast overflade, og derefter langsomt afdampe opløsningsmidlet. Teoretisk set, fordampningen forstærker de relativt svage tiltrækningskræfter, der eksisterer mellem nanokrystallerne, tvinger dem til at tilpasse sig. Imidlertid, høje grader af tilpasning af anisotrope strukturer - dem, der udviser retningsafhængige fysiske egenskaber - forbliver vanskelige at opnå.

"Vi tog en særskilt vej fra den langsomme fordampningstilgang, " siger Han. Hans teams strategi fulgte lignende principper som dem, der blev brugt i kemisk syntese. For det første, de reagerede et koboltderivat med phosphid-precursoren trioctylphosphin (TOP) ved høj temperatur. Dette producerede TOP-coatede nanotråde. Næste, de opbevarede opløsningen, hvori nanotrådene blev dannet, ved forskellige temperaturer. Disse lager, eller 'aldring', højere temperaturer, veldefinerede overbygninger med forskellige linjeføringer.

Vask af nanotrådene uden det sidste trin resulterede i tilfældige arrangementer eller små samlinger. Efter afkøling og ældning af reaktionsblandingen ved stuetemperatur i to timer, holdet observerede overbygninger bestående af næsten en million lodret stående nanotråde. I dette arrangement, hver nanotråd var omgivet af seks andre i et honeycomb-mønster. Når den er afkølet til stuetemperatur og derefter nedkølet, reaktionsblandingen producerede forlængede plader af nanotråde, der var justeret side om side horisontalt.

Overbygningerne modstod enhver høj temperatur, ultralyd, eller behandling med organisk opløsningsmiddel, indikerer stærke sammenhængskræfter mellem nanotrådene. Yderligere undersøgelser viste, at under selvsamlingen, TOP-molekylerne adsorberes og desorberes konstant fra nanotrådene, bringe dem i tæt kontakt. Dette fik irreversible kemiske bindinger til at danne mellem nanokrystallerne, lette og forbedre deres tilpasning.

Holdet tester i øjeblikket ydeevnen af ​​overbygningerne i forhold til de tilfældigt orienterede nanotråde for at udforske deres potentielle brug som sensorer eller elektriske komponenter kaldet induktorer. "Vi forsøger også at udvide denne metode til selv at samle andre systemer, med et håb om at etablere en mere universel metode til at justere anisotrope nanokrystaller, " tilføjer Han.