(PhysOrg.com) -- Een samenwerking tussen de Advanced Photon Source en Center for Nanoscale Materials van het Argonne National Laboratory heeft de kristallisatie van nanodeeltjes in ongekend detail "gezien".

“Nanowetenschap is momenteel een hot issue, en mensen proberen zelf-geassembleerde nanodeeltjes-arrays te maken voor gegevens- en geheugenopslag, "Argonne assistent-fysicus Zhang Jiang zei. “In deze apparaten de mate van ordening is een belangrijke factor.”

Om een ​​bepaald stukje data op te roepen, het is ideaal om informatie op te slaan op een tweedimensionaal kristalrooster met goed gedefinieerde grafische coördinaten. Bijvoorbeeld, elk stukje informatie van een nummer dat op een harde schijf is opgeslagen, moet op specifieke locaties worden opgeslagen, zodat het later kan worden opgehaald. Echter, in de meeste gevallen, defecten zijn inherent aan kristalroosters van nanodeeltjes.

“Defecten in een traliewerk zijn als kuilen in een weg, ” Argonne natuurkundige Jin Wang zei. “Als je op de snelweg rijdt, je wilt weten of het een vlotte rit wordt of dat je moet zigzaggen om een ​​lekke band te voorkomen. Ook, je wilt weten hoe de kuilen in de eerste plaats ontstaan, zodat we ze kunnen elimineren.”

Het beheersen van de mate van ordening in arrays van nanodeeltjes was ongrijpbaar. Het aantal nanodeeltjes dat een chemicus in een klein volume kan maken, is verbazingwekkend groot.

“We kunnen routinematig 10 . produceren ¹⁴ deeltjes in een paar druppeltjes oplossing. Dat is meer dan het aantal sterren in het Melkwegstelsel, Argonne nanowetenschapper Xiao-Min Lin. "Om voorwaarden te vinden waaronder nanodeeltjes zichzelf kunnen assembleren tot een kristalrooster met een laag aantal defecten, is een hele uitdaging."

Omdat nanodeeltjes zo klein zijn, het is niet gemakkelijk om te zien hoe geordend het rooster is tijdens het zelfmontageproces. Elektronenmicroscopie kan individuele nanodeeltjes zien, maar het gezichtsveld is te klein voor wetenschappers om een ​​"groot beeld" te krijgen van hoe de ordening eruit ziet op macroscopische lengteschaal. Het werkt ook niet voor natte oplossingen.

"Met lokale bestelling, men kan niet aannemen dat dezelfde volgorde in de hele structuur bestaat; het is alsof je een weggedeelte ziet en ervan uitgaat dat het recht en goed geconstrueerd is tot het einde, ’ zei Wang.

Dezelfde groep onderzoekers van Argonne, samen met hun medewerkers aan de Universiteit van Chicago, ontdekte dat onder de juiste omstandigheden, nanodeeltjes kunnen drijven op een vloeistof-lucht-interface van een drogende vloeistofdruppel en zelforganiserend worden.

Hierdoor kan het tweedimensionale kristallisatieproces plaatsvinden over een veel langere tijdschaal. “Je verwacht normaal gesproken niet dat metaaldeeltjes gaan drijven. Het is alsof je stenen in een vijver gooit en verwacht dat ze op het oppervlak drijven, ' zei Lin. “Maar in de nanowereld dingen gedragen zich anders.”

Met behulp van röntgenverstrooiing met hoge resolutie bij de Advanced Photon Source (APS), Jiang en de anderen onderzochten het kristallisatieproces in ongekend detail zoals het zich in realtime vormt. Ze ontdekten dat de nanodeeltjes-arrays gevormd op het grensvlak tussen vloeistof en lucht een regime van een zeer kristallijne fase kunnen binnengaan die is gedefinieerd in de klassieke tweedimensionale kristaltheorie. Pas wanneer het oplosmiddel van het oppervlak begint te ontvochtigen, beginnen gebreken en wanorde te verschijnen.

"We kunnen het hele macroscopische monster onderzoeken en in realtime volgen wat er gebeurt, ’ zei Jiang. "Hierdoor begrijpen we welke parameters belangrijk zijn om het zelfassemblageproces te beheersen."

Met dit begripsniveau de wetenschappers hopen dat ooit apparaten zoals de iPod Nano gemaakt kunnen worden van nanodeeltjes.

Een paper over dit onderzoek is gepubliceerd in Nano-letters .