Onderzoekers van het Oak Ridge National Laboratory van het Department of Energy hebben vooruitgang geboekt bij het vervaardigen van geavanceerde materialen op nanoschaal. De spontane zelfassemblage van nanostructuren die uit meerdere elementen bestaan, effent de weg naar materialen die een reeks energie-efficiënte technologieën en gegevensopslagapparaten zouden kunnen verbeteren.

ORNL Materials Science and Technology Division-onderzoeker Amit Goyal leidde de inspanning, het combineren van theoretische en experimentele studies om de zelfassemblage van isolerende barium-zirkoniumoxide nanodots en nanostaafjes in barium-koper-oxide supergeleidende films te begrijpen en te beheersen.

"We ontdekten dat een spanningsveld dat zich ontwikkelt rond de ingebedde nanodots en nanostaafjes een belangrijke drijvende kracht is in de zelfassemblage, " zei Goyal, een UT-Battelle Corporate Fellow. "Door het spanningsveld af te stemmen, de nanodefecten zelf-geassembleerd in de supergeleidende film en inclusief defecten uitgelijnd in zowel verticale als horizontale richtingen."

De gecontroleerde montage in het supergeleidende materiaal resulteerde in sterk verbeterde eigenschappen, Goyal zei, waaronder een duidelijke vermindering van de anisotropie van het materiaal, of richtingsafhankelijkheid, gewenst voor veel grootschalige, toepassingen voor supergeleiding bij hoge temperaturen.

De spanningsafstemming die het team demonstreerde, heeft gevolgen voor de fabricage op nanoschaal van gecontroleerde, zelf-geassembleerde nanostructuren van meerdere elementen, met eigenschappen die geschikt zijn voor een reeks elektrische en elektronische toepassingen, inclusief multiferroics, magneto-elektriciteit, thermo-elektriciteit, fotovoltaïsche, informatieopslag met ultrahoge dichtheid en supergeleiders op hoge temperatuur.

"Dergelijke nanocomposietfilms met een verschillende algemene samenstelling, concentratie, kenmerkgrootte en ruimtelijke ordening kunnen een aantal nieuwe en ongekende eigenschappen produceren die niet worden vertoond in afzonderlijke materialen of fasen waaruit de composietfilms bestaan, ' zei Goyal.

Het onderzoek wordt vandaag gerapporteerd in het tijdschrift Geavanceerde functionele materialen .