Le physicien adjoint Zhang Jiang (de gauche à droite) examine une diffraction des rayons X pendant que le physicien Jin Wang et le nanoscientifique Xiao-Min Lin préparent un échantillon sur l'une des lignes de lumière de la source avancée de photons. Les scientifiques d'Argonne ont examiné la cristallisation des nanoparticules avec des détails sans précédent à l'aide des rayons X à haute puissance de l'APS.
(PhysOrg.com) -- Une collaboration entre l'Advanced Photon Source et le Center for Nanoscale Materials du Argonne National Laboratory a "vu" la cristallisation de nanoparticules avec des détails sans précédent.
« Les nanosciences sont un sujet brûlant en ce moment, et les gens essaient de créer des réseaux de nanoparticules auto-assemblés pour le stockage de données et de mémoire, », a déclaré Zhang Jiang, physicien adjoint d'Argonne. « Dans ces appareils, le degré de commande est un facteur important.
Pour appeler une donnée spécifique, il est idéal pour stocker des informations sur un réseau cristallin bidimensionnel avec des coordonnées graphiques bien définies. Par exemple, chaque bit d'information d'une chanson enregistrée sur un disque dur doit être stocké à des emplacements spécifiques, afin qu'il puisse être récupéré plus tard. Cependant, dans la plupart des cas, les défauts sont inhérents aux réseaux cristallins de nanoparticules.
"Les défauts d'un treillis sont comme des nids-de-poule sur une route, », a déclaré Jin Wang, physicien d'Argonne. « Lorsque vous conduisez sur l'autoroute, vous aimeriez savoir si la conduite sera douce ou si vous devrez zigzaguer pour éviter une crevaison. Aussi, vous voulez savoir comment les nids-de-poule se forment en premier lieu, afin que nous puissions les éliminer.
Contrôler le degré d'ordre dans les réseaux de nanoparticules a été insaisissable. Le nombre de nanoparticules qu'un chimiste peut fabriquer dans un petit volume est étonnamment grand.
« Nous pouvons produire régulièrement 10 14 particules dans quelques gouttelettes de solution. C'est plus que le nombre d'étoiles dans la Voie Lactée, » Xiao-Min Lin, nanoscientifique d'Argonne. « Trouver les conditions dans lesquelles les nanoparticules peuvent s'auto-assembler en un réseau cristallin avec un faible nombre de défauts est assez difficile. »
Parce que les nanoparticules sont si petites, il n'est pas facile de voir à quel point le treillis est ordonné pendant le processus d'auto-assemblage. La microscopie électronique peut voir des nanoparticules individuelles, mais le champ de vision est trop petit pour que les scientifiques puissent avoir une « grande image » de l'ordre dans l'échelle de longueur macroscopique. Cela ne fonctionne pas non plus pour les solutions humides.
"Avec commande locale, on ne peut pas supposer que le même ordre existe dans toute la structure; c'est comme voir une section de route et supposer qu'elle est droite et bien construite jusqu'au bout, ", a déclaré Wang.
Le même groupe de chercheurs à Argonne, avec leurs collaborateurs de l'Université de Chicago, découvert que dans de bonnes conditions, les nanoparticules peuvent flotter à l'interface liquide-air d'une gouttelette de liquide en train de sécher et s'auto-organiser.
Cela permet au processus de cristallisation bidimensionnelle de se produire sur une échelle de temps beaucoup plus longue. « Vous ne vous attendez généralement pas à ce que les particules métalliques flottent. C'est comme jeter des pierres dans un étang et s'attendre à ce qu'elles flottent à la surface, », a déclaré Lin. « Mais dans le nanomonde, les choses se comportent différemment.
En utilisant la diffusion des rayons X à haute résolution à la source avancée de photons (APS), Jiang et les autres ont examiné le processus de cristallisation avec des détails sans précédent alors qu'il se forme en temps réel. Ils ont découvert que les réseaux de nanoparticules formés à l'interface liquide-air peuvent entrer dans un régime de phase hautement cristalline défini dans la théorie classique des cristaux bidimensionnels. Ce n'est que lorsque le solvant commence à démouler de la surface, Est-ce que des défauts et des désordres commencent à apparaître.
« Nous pouvons sonder l'ensemble de l'échantillon macroscopique et surveiller ce qui se passe en temps réel, », a déclaré Jiang. "Cela nous permet de comprendre quels paramètres sont importants pour contrôler le processus d'auto-assemblage."
Avec ce niveau de compréhension, les scientifiques espèrent qu'un jour des appareils tels que l'iPod Nano pourront être fabriqués à partir de nanoparticules.
Un article sur cette recherche a été publié dans Lettres nano .
