(Phys.org) — Als een tweeling wordt gedwongen om te delen, het kan een aanzienlijke druk leggen op hun relatie. Hoewel deze observatie misschien niet verrassend is in het gedrag van kinderen, bij nanodeeltjes ligt het minder voor de hand.

Na bijna tien jaar onderzoek te hebben gedaan naar de structuur van nanodraden gemaakt van puur zilver, wetenschappers van het Argonne National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) hebben een reeks ongebruikelijk gedrag ontdekt in nanokristallen met een gespannen, vijfvoudige symmetrie gevormd door "twinning" in de kristalstructuur. De ongebruikelijke vijfhoekige symmetrie en gecompliceerde structuren van de verbroederde kristallen onderscheiden ze van de kubische kristalroosters die typerend zijn voor veel zilveren nanodeeltjes.

De "verbroederde" structuren treden op wanneer aangrenzende domeinen binnen het nanodeeltje zichzelf rangschikken door dezelfde vlakken te delen, zei Argonne nanowetenschapper Yugang Sun. Aangezien de vijfvoudig verbroederde structuren niet perfect het volume vullen dat de atomen normaal gesproken in zilver zouden innemen, er is veel spanning in de atomaire structuur of het rooster. Typisch, nanodeeltjes gemaakt van edele metalen hebben zeer symmetrische roosters gevormd in een configuratie die "face-centered cubic" wordt genoemd; maar de spanningen in vijfvoudig verweven nanodraden vervormen de roosters tot een lichaamsgerichte tetragonale symmetrie.

Het verschil tussen de atoomrangschikkingen in nanodeeltjes zou zowel de sterkte van het materiaal als de efficiëntie ervan als katalysator kunnen bepalen, zei zon. "Dit is een fundamentele studie die diepgaand ingaat op de aard van metalen op het meest basale niveau, "zei hij. "Echter, het is essentieel dat wetenschappers dergelijke eigenschappen begrijpen om eventuele voordelen te benutten die deze zeer kleine structuren ons op de weg kunnen bieden."

Sun en zijn collega's ontdekten ook dat de roosterspanningen ongelijk worden geabsorbeerd door verschillende delen van de nanodraden. Het centrum, hij zei, vertoont tekenen van hoge belasting, terwijl de buitenste laag niet zo veel wordt gespannen. Dit gedrag suggereert dat elke nanodraad eigenlijk uit twee verschillende regio's bestaat - iets dat erg belangrijk is om de stabiliteit van de zeer gespannen nanodraden te bepalen.

De ongebruikelijke structuur van de zilveren nanodraden stelt materiaalwetenschappers ook in staat om vast te stellen hoe de spanning zich over één uitgebreide dimensie verdeelt. "Dit kan veel vragen beantwoorden die in de materiaalwetenschap blijven bestaan, vooral voor dit soort gemeenschappelijke structuur, ' zei Zon.

De paper werd online gepubliceerd in het 24 juli nummer van: Natuurcommunicatie .