Japanse wetenschappers zijn op een eenvoudige methode gestuit om de introductie van defecten te beheersen, zogenaamde 'vacaturelagen', " in perovskiet oxynitriden, wat leidt tot veranderingen in hun fysieke eigenschappen. De aanpak, gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie , zou kunnen helpen bij de ontwikkeling van fotokatalysatoren.

Oxynitriden zijn anorganische verbindingen gevormd uit zuurstof, stikstof en andere chemische elementen. Ze hebben de laatste jaren veel aandacht gekregen vanwege hun interessante eigenschappen, met toepassingen in optische en geheugenapparaten, en bij fotokatalytische reacties, bijvoorbeeld.

in 2015, vastestofchemicus Hiroshi Kageyama van het Instituut voor Geïntegreerde Cel-Materiaalwetenschappen (iCeMS) van de Universiteit van Kyoto en zijn team meldden dat ze een manier hadden gevonden om oxynitriden te fabriceren met behulp van een ammoniakbehandelingsproces bij lagere temperatuur dan de conventionele methode waarvoor meer dan 1 nodig is. 000 graden C). Het nieuwe proces produceerde een polykristallijn poeder met lagen ontbrekende zuurstofatomen, bekend als zuurstof-vacature vliegtuigen.

Het team wilde de fysieke eigenschappen van deze oxynitride onderzoeken, dus groeiden ze het als een eenkristal dunne film op een substraat. "Maar de zuurstof-vacature-lagen in de resulterende film bevonden zich in een ander vlak dan het oorspronkelijke poeder, ', zegt Kageyama. Ze vroegen zich af of het onderliggende substraat de oriëntatie van de zuurstofvacature-lagen beïnvloedde.

Het team kweekte een film van strontiumvanadiumoxide (SrVO ₃ ) op verschillende substraten en behandeld met ammoniak bij een lage temperatuur van 600 ° C. Het vlak van de zuurstofvacature-lagen en hun periodiciteit - hoe vaak ze verschijnen in de andere lagen van de film - veranderden afhankelijk van de mate van mismatch tussen de 'rooster spanningen' in het substraat en de bovenliggende film. Roosterrek is een kracht die door het substraat wordt uitgeoefend en die ervoor zorgt dat de atomen in een materiaal enigszins worden verplaatst ten opzichte van hun normale positie.

"Hoewel vastestofchemici weten dat vliegtuigen met zuurstofgebrek een belangrijke rol spelen bij het veranderen van de eigenschappen van oxiden, zoals het induceren van supergeleiding, we hebben hun formatie niet eerder kunnen controleren, ' zegt Kageyama.

Oxiden worden meestal gesynthetiseerd met behulp van reacties bij hoge temperatuur, waardoor het moeilijk is om hun kristalstructuren te beheersen. Het gebruik van een lagere temperatuur en spanning in dit experiment was de sleutel tot succes.

"Ons team heeft een methode ontwikkeld om de richting en periodiciteit van de zuurstof-vacaturelagen in dunne filmoxiden te creëren en te controleren door simpelweg spanning toe te passen, " zegt Kageyama. "Omdat de spanningsenergie enorm groot is, zo groot als duizenden graden Celsius, we kunnen het gebruiken om nieuwe structuren te stabiliseren die zich anders niet zouden vormen."

Kageyama zegt dat het interessant zou zijn om te onderzoeken hoe veranderingen in de dikte van de oxidefilm, of de reactietemperatuur en -tijd, kan ook de oriëntatie en periodiciteit van de zuurstof-vacature-lagen beïnvloeden.