De unieke magnetische eigenschappen van kobaltfosfide-nanodraden komen ze goed van pas als toekomstige componenten van hoogwaardige apparaten. In tegenstelling tot bulkmaterialen, deze ultrakleine langwerpige kristallen bestaan ​​uit structuren met één domein die verantwoordelijk zijn voor hun superparamagnetisme - een door temperatuur geïnduceerd magnetisme dat ontstaat in een magnetisch veld. Om dit gedrag te behouden en volledig te benutten, wetenschappers moeten materialen genereren die zijn samengesteld uit nauwkeurig gepositioneerde en georiënteerde bouwstenen. Dergelijke bovenbouw is nu beschikbaar, dankzij de ontwikkeling van een methode die temperatuurveranderingen gebruikt om individuele nanodraden uit te lijnen. Ming-Yong Han van het A*STAR Institute of Materials Research and Engineering, Sinapore, leidde het onderzoek.

De huidige benaderingen voor zelfassemblage van nanokristallen omvatten het afzetten van een kristalsuspensie op een vast oppervlak, en vervolgens langzaam het oplosmiddel verdampen. theoretisch, de verdamping versterkt de relatief zwakke aantrekkingskrachten die tussen de nanokristallen bestaan, dwingt hen om op één lijn te komen. Echter, hoge mate van uitlijning van anisotrope structuren - die richtingafhankelijke fysieke eigenschappen vertonen - blijven moeilijk te bereiken.

"We hebben een ander pad gekozen dan de langzame verdampingsbenadering, ", zegt Han. De strategie van zijn team volgde dezelfde principes als die gebruikt worden bij chemische synthese. Ten eerste, ze reageerden een kobaltderivaat met de fosfideprecursor trioctylfosfine (TOP) bij hoge temperatuur. Dit leverde TOP-gecoate nanodraden op. Volgende, ze bewaarden de oplossing waarin de nanodraden werden gevormd bij verschillende temperaturen. Deze opslag, of 'veroudering', temperaturen geproduceerd groter, goed gedefinieerde bovenbouw met verschillende uitlijningen.

Het wassen van de nanodraden zonder de laatste stap resulteerde in willekeurige rangschikkingen of kleine samenstellingen. Na afkoeling en veroudering van het reactiemengsel gedurende twee uur bij kamertemperatuur, het team observeerde superstructuren die bestonden uit bijna een miljoen verticaal staande nanodraden. Bij deze regeling elke nanodraad was omgeven door zes andere in een honingraatpatroon. Wanneer afgekoeld tot kamertemperatuur en vervolgens gekoeld, het reactiemengsel produceerde uitgebreide vellen nanodraden die horizontaal naast elkaar waren uitgelijnd.

De bovenbouw weerstond elke hoge temperatuur, echografie, of behandeling met organische oplosmiddelen, indicatief voor sterke samenhangende krachten tussen de nanodraden. Nader onderzoek wees uit dat, tijdens de zelfmontage, de TOP-moleculen worden continu geadsorbeerd en gedesorbeerd uit de nanodraden, ze in nauw contact brengen. Hierdoor ontstonden onomkeerbare chemische bindingen tussen de nanokristallen, hun afstemming te vergemakkelijken en te verbeteren.

Het team test momenteel de prestaties van de superstructuren tegen die van de willekeurig georiënteerde nanodraden om hun potentiële gebruik als sensoren of elektrische componenten die inductoren worden genoemd, te onderzoeken. "We proberen deze methode ook uit te breiden om andere systemen zelf te assembleren, met de hoop een meer universele methode te ontwikkelen voor het uitlijnen van anisotrope nanokristallen, ’ voegt Han eraan toe.