L'ordre précis dans les super-réseaux bidimensionnels (2-D) et tridimensionnels (3-D) formés par l'auto-assemblage de nanocristaux (NC) individuels permet de contrôler le champ magnétique, optique, et le couplage électronique entre les différentes CN. Ce contrôle peut conduire à des propriétés collectives utiles telles que la cohérence vibrationnelle, transitions métal-isolant réversibles, conductivité améliorée, transport d'électrons dépendant du spin, ferro- et ferrimagnétisme améliorés, magnétotransport accordable, et un transport de charge efficace. Ces propriétés ont de nombreuses applications potentielles dans les cellules solaires, transistors à effet de champ, appareils électroluminescents, photodétecteurs, et photoconducteurs.

Grâce au positionnement précis des CN dans un super-réseau 3D, de tels systèmes sont fréquemment appelés « supercristaux » (SC) par analogie aux cristaux constitués d'atomes. Mais contrairement aux cristaux atomiques, Les SC offrent la possibilité de régler la distance interparticulaire en raison de la présence de la coque « molle » des ligands organiques qui peut être utilisée pour contrôler les propriétés collectives dans de telles structures. La stabilité structurelle et la compressibilité sont des caractéristiques fondamentales de tout système 3D.

Une équipe de chercheurs du Laboratoire national d'Argonne du Centre des matériaux nanométriques, la Division de la science des rayons X à la source de photons avancée d'Argonne (APS), GeoSoilEnviroCARS de l'Université de Chicago, qui exploite le secteur 13 à l'APS, et Northwestern University ont rendu compte du premier quasi-hydrostatique combiné, haute pression, études de diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) et de micro diffraction des rayons X (XRD) sur des facettes individuelles, Supercristaux 3-D auto-assemblés à partir de nanocristaux colloïdaux de PbS de 7,0 nm. La combinaison des techniques SAXS et XRD a permis une évaluation précise de l'espacement interparticulaire pendant le cycle de pression puisque le changement de volume des NC individuels a été pris en compte. Le néon a été utilisé comme support de transmission de pression pour éviter la possibilité de lixiviation de ligands organiques de la surface des NC et de perdre l'intégrité structurelle des SC en raison du frittage. Expériences SAXS de cellule à enclume de diamant (DAC) dans la plage de pression allant de la température ambiante à 12,5 GPa, réalisée à la ligne de faisceaux de rayons X 12-ID-C de la division X-ray Science de l'APS, a révélé une stabilité structurelle presque parfaite des SC, avec l'organisation fcc des CN. Les expériences XRD, qui ont été réalisées sur la ligne de rayons X GeoSoilEnviroCARS 13-ID-D de l'APS, ont démontré que les NC ont une forte orientation préférentielle des NC individuelles dans les SC jusqu'à ~ 55 GPa qui est préservée pendant le cycle de pression.

Les propriétés mécaniques des différentes CN, leurs SC, et la matrice de ligands ont été analysés en utilisant l'équation d'états dérivée des données de compression produites par SAXS et XRD. Le module de compression à pression ambiante des SC a été calculé comme étant d'environ 5 GPa pendant la compression et d'environ 14,5 GPa pendant le cycle de relâchement, respectivement. Les NC subissent une transition de phase de premier ordre au-dessus de 8 GPa, et la transformation se déroule par un seul événement de nucléation (dans une plage de pression de 8,1 à 9,2 GPa) pendant la première transition, et nucléation hétérogène lors de la seconde transformation de la phase intermédiaire (qui n'est pas encore identifiée) à la structure CsCl. Un module de masse pour la matrice de ligand d'environ 2,2 à 2,95 GPa est un ordre de grandeur supérieur à celui observé à partir de l'étude de nanoindentation.

La stabilité structurelle élevée des SC et la capacité d'ajuster l'espacement interparticulaire semblent offrir la promesse d'une manipulation supplémentaire des propriétés collectives des solides artificiels auto-organisés, y compris les structures constituées de NC transformés à haute pression en une phase différente. La combinaison du XRD haute pression et du SAXS offre des opportunités uniques d'obtenir des informations directes sur les propriétés mécaniques des blocs de construction individuels et leurs architectures hiérarchiques.