W skład zespołu badawczego weszli przedstawiciele Uniwersytetu Pensylwanii oraz Uniwersytetu Michigan. Swoje dokonania przedstawili oni niedawno na łamach Nature Synthesis. Jak wyjaśniają w zamieszczonej tam publikacji, wyciągnięte wnioski mogą odegrać istotną rolę w odniesieniu do dziedzin związanych z projektowaniem materiałów. Te są zazwyczaj rozpatrywane pod kątem ich właściwości, między innymi magnetyzmu, przewodzenia prądu czy też fotoluminescencji.
Czytaj też: LIGO pokonał ograniczenia kwantowe. Zobaczy w kosmosie coś zupełnie nowego
Prowadzone obserwacje doprowadziły do uwiecznienia niecodziennego widoku: łączenia dwóch rodzajów nanocząstek wykonanych z zupełnie różnych materiałów. Po połączeniu utworzyły one natomiast nowe, cechujące się niespotykanymi wcześniej właściwościami. Takowe mogą być bardzo przydatne dla wielu różnych zastosowań, choćby w produkcji elektroniki, urządzeń optycznych bądź wykorzystywanych w celu magazynowania energii.
Zwykle gdy naukowcy chcą tworzyć binarne nanokrystaliczne supersieci, robią to poprzez mieszanie nanocząstek w roztworze. Następnie jego krople wysychają, kurcząc się przy tym i łącząc wchodzące w jej skład cząstki. W ramach dalszych eksperymentów są one poddawane działaniu promieni rentgenowskich, dzięki czemu możliwe jest obserwowanie struktur powstałych nanokryształów. Można to porównać do odcisków palców, ponieważ poszczególne struktury w unikalny sposób rozpraszają promieniowanie rentgenowskie, dzięki czemu można je w ten sposób odróżniać.
Łączenie nanokryształów w większe struktury prowadzi do powstawania materiałów o niespotykanych do tej pory właściwościach
Obserwacja zjawiska łączenia kryształów i ich wzrostu w czasie rzeczywistym stanowiła osobne wyzwanie. Skąd się brały komplikacje? Przede wszystkim ze względu na to, jak szybko zachodzi cały proces. Dostępne do tej pory techniki nie były w stanie uwiecznić zachodzących zmian, przez co naukowcy nie mieli możliwości określenia, w jakich okolicznościach powstają struktury o interesujących ich właściwościach. Jak wyjaśnia jeden z autorów, Richard Perry, ustalenie, jak poszczególne składniki reagują ze sobą zapewni możliwość stworzenia biblioteki potencjalnie możliwych do uzyskania struktur.
Najpierw trzeba było jednak znaleźć sposób na wykonanie pomiarów. Kluczową rolę odegrał w tym przypadku instrument National Synchrotron Light Source II znajdujący się w Brookhaven National Laboratory. To właśnie za jego pośrednictwem przeprowadzono pomiary rozpraszania promieniowania rentgenowskiego w czasie rzeczywistym. Swego rodzaju technologiczne slow-motion pozwoliło na prześledzenie zjawiska łączenia poszczególnych struktur i powstawania nowych materiałów.
Dla dodatkowego spowolnienia całego procesu, członkowie zespołu badawczego wprowadzili nanocząstki do emulsji olejowej, którą później umieścili w wodzie. Nanocząstki kurczyły się wraz z dyfuzją oleju, lecz zachodziło to wolniej niż na świeżym powietrzu. Początkowo doszło do szybkich zmian, które zachodziły na przestrzeni pięciu minut. Później zjawisko spowolniło, a olej znikał w ciągu trzech do pięciu godzin. Jak wyjaśniają autorzy, tzw. supersieć nanokryształów binarnych powstaje za sprawą przyciągania krótkiego zasięgu między blokami budulcowymi nanocząstek, bez względu na to, jakie nanocząstki zostały użyte.
