Forskere fremstiller med succes NiS ultrafine nanorods med adskilt symmetri langs to retninger

Krystalsymmetri er et grundlæggende begreb inden for materialevidenskab, der spiller en afgørende rolle i at bestemme struktur-egenskabsforhold. Typisk er en krystal et fast stof sammensat af strukturelle enheder, der periodisk gentager sig i det tredimensionelle rum og danner et system, der udviser både translations- og rotationssymmetri.

Når specifikke former for symmetri i systemet forstyrres på grund af spontane processer eller ydre påvirkninger, opstår der ofte nye fysiske fænomener og kemiske egenskaber. Imidlertid har omfattende bestræbelser på at designe og regulere atomare konfigurationer i materialer primært fokuseret på at manipulere geometriske former, kemisk doping og lokale miljøer; nye typer symmetriske materialer rapporteres sjældent.

For at løse dette hul har et forskerhold bestående af professor Lin Guo fra Beihang University, professor Renchao Che fra Fudan University, professor Lin Gu fra Tsinghua University og professor Er-Jia Guo fra Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, rapporteret en NiS ultrafin nanorod med en ny symmetrifordeling. Resultaterne er offentliggjort i tidsskriftet National Science Review .

Atomarrangementet af denne nanorod udviser både radial rotationssymmetri og aksial translationssymmetri. Dette er den første demonstration af retningsrelateret symmetriadskillelse inden for en enkelt nanostruktur, som går ud over de traditionelle beskrivelser af materialestrukturer i kendte tredimensionelle rumgrupper og punktgrupper og overgår de konventionelle definitioner af krystallografi.

På grund af sin unikke krystalstruktur viser nanorod samtidigt kombinerede magnetiske egenskaber af stribede og hvirvelmagnetiske domæner i forskellige retninger. Detaljeret strukturel karakterisering afslørede, at tværsnitsprofilen af ​​NiS nanorods tydeligt viser regulære fem-ring atomare mønstre snarere end traditionelle periodiske gitter. Radialt udviser NiS nanorods rotationssymmetri, men mangler translationel symmetri.

I modsætning hertil, når de observeres fra siden, viser NiS nanoroderne regelmæssig translationel periodicitet. Tilstedeværelsen af ​​kun vandrette striber og en uordnet atomstruktur på atomskalaen indikerer imidlertid, at atomernes radiale projektionsperiodicitet er uordnet, og den radiale symmetri er forstyrret.

Eksperimentelle resultater viser, at NiS nanorods kun udviser traditionel krystallignende rotations- og translationssymmetri, når de vokser til en vis diameter.

Desuden brugte forskerholdet Lorentz-mikroskopi til at måle den magnetiske fordeling af NiS nanorods på nanoskala. Resultaterne indikerer, at NiS nanorods besidder aksialt antiparallelle stribede magnetiske domæner og radialt arrangerede hvirveldomæner, hvilket tyder på, at elektronspin-arrangementet følger det iboende atomarrangement.

Langs den lange akse producerer det langdistance-ordnede atomarrangement afstemte spins og magnetiske momenter, der danner domænevægge. I radial retning begrænser det cirkulære arrangement af atomer justeringskonsistensen af ​​spindene, hvilket får de magnetiske momenter til at danne en lukket sløjfe.

I den korte ende demonstrerer den observerede symmetriadskillelse i NiS nanorods integrationen af ​​flere magnetiske ordener, et fænomen, der ikke tidligere er set i traditionelle krystaller, kvasikrystaller og amorfe materialer. Denne iboende magnetiske konfiguration induceret af unik krystalsymmetri tilbyder nye materialer og designkoncepter til at opdage ny magnetisk kobling og fremme ikke-flygtige magnetiske optagemedier med høj tæthed.

Flere oplysninger: Jianxin Kang et al, NiS ultrafin nanorod med translationel og rotationssymmetri, National Science Review (2024). DOI:10.1093/nsr/nwae175

Leveret af Science China Press