Collaboration de chimistes, des physiciens et des scientifiques des matériaux de l'Université de Pennsylvanie ont créé une méthode simple et peu coûteuse pour faire croître rapidement des membranes centimétriques de super-réseaux de nanocristaux binaires, ou BNSL, en cristallisant un mélange de nanocristaux sur une surface liquide.

L'étude démontre une nouvelle façon spontanée de faire croître des membranes BNSL ordonnées à longue distance avec un contrôle rigoureux de la taille des nanocristaux, forme et concentration en combinant deux types de nanocristaux et en les assemblant lors d'une étape de séchage à la surface d'un liquide dans des conditions normales.

Le procédé surmonte plusieurs limitations des stratégies d'assemblage existantes et produit de grandes, des membranes autoportantes qui peuvent être transférées sur n'importe quel substrat souhaité tel que des plaquettes de silicium, lames de verre et substrats plastiques, permettant d'introduire les films nanocryatallins à n'importe quelle étape du processus de fabrication du dispositif.

L'équipe a démontré le potentiel d'intégration de ces nouveaux matériaux en faisant croître des membranes de super-réseau à l'échelle millimétrique contenant des nanocristaux d'oxyde de fer de deux tailles différentes et en incorporant les membranes dans des dispositifs magnétorésistifs. Les mesures ont montré que la magnétorésistance du dispositif résultant dépendait de la structure du BNSL et était donc contrôlable.

Les propriétés physiques intrinsèques de ces nanocristaux - des blocs de construction cristallins de la taille d'un nanomètre - offrent une tournure moderne aux études sur l'assemblage interfacial qui remontent aussi loin que le fondateur de Penn, Benjamin Franklin, et ses études sur la propagation du pétrole sur l'eau dans les années 1770.

Les films de nanocristaux à un ou plusieurs composants font déjà l'objet d'études approfondies de la part des chercheurs en tant que catalyseurs de nouvelles technologies optiques allant des cellules solaires à faible coût, diodes électroluminescentes et photodétecteurs ainsi que dans les systèmes électroniques qui incluent des transistors à effet de champ et des refroidisseurs et générateurs thermoélectriques à semi-conducteurs et des technologies magnétiques qui incluent des matériaux d'enregistrement magnétique et des capteurs magnétiques et même en tant que films électrocatalytiques et photocatalytiques sur mesure.

Le co-assemblage de deux types de nanocristaux dans des BNSL fournit un faible coût, parcours modulaire pour programmer l'auto-assemblage de matériaux avec des combinaisons de propriétés contrôlées avec précision. Les progrès de ces assemblages interfaciaux complexes et les améliorations du transfert de membranes nanocristallines à un seul composant au cours des dernières années ont accru l'anticipation que ce contrôle pourrait être étendu à des systèmes beaucoup plus complexes.

Cette étude Penn établit une voie vers des membranes BNSL autonomes de grande surface avec la possibilité supplémentaire de les stratifier sur n'importe quel substrat arbitraire.

"Fondamentalement, la croissance de BNSL sur une surface liquide permettra de mieux comprendre les mécanismes d'assemblage de nanocristaux multi-composants, qui sont essentiels aux nouveaux concepts de nanofabrication basée sur l'auto-assemblage, " a déclaré Christopher B. Murray, le professeur de chimie et de science et ingénierie des matériaux de l'Université Richard Perry à Penn.

La recherche, financé par le bureau de recherche de l'armée américaine et un prix des centres scientifiques et techniques de recherche sur les matériaux de la National Science Foundation, est publié cette semaine La nature .

Les stratégies existantes pour la croissance des BNSL impliquent un processus plus complexe d'évaporation d'une solution à deux nanocristaux sur un substrat solide sous une température et une pression soigneusement régulées qui influencent la formation de BNSL. La méthode souffre de plusieurs limitations, notamment un choix limité de substrat, nucléation de taille micrométrique irrégulière, des îlots isolés de BNSL sur les substrats et une incapacité à les transférer une fois formés.

"Étant donné que cette nouvelle stratégie d'assemblage est générale pour différentes combinaisons de nanocristaux, nous prévoyons que des membranes de BNSL quasicristallines et de super-réseaux de nanocristaux ternaires seront également développées par cette méthode, en élargissant considérablement les systèmes qui peuvent être explorés", a déclaré Murray. "Notre rêve est de programmer l'organisation des matériaux à toutes les échelles de longueurs allant du nanomètre au millimètre en combinant les propriétés physiques souhaitables de plusieurs systèmes à l'échelle nanométrique. Fondamentalement, nous nous concentrons sur l'identification, comprendre et optimiser les nouvelles interactions synergiques dans les nanomatériaux et exploiter ces propriétés émergentes dans de nouveaux dispositifs et systèmes."