Les propriétés magnétiques uniques des nanofils de phosphure de cobalt les rendent très utiles en tant que futurs composants de dispositifs hautes performances. Contrairement aux matériaux en vrac, ces cristaux allongés ultrapetits sont constitués de structures à domaine unique qui expliquent leur superparamagnétisme, un magnétisme induit par la température qui apparaît dans un champ magnétique. Pour maintenir et exploiter pleinement ce comportement, les scientifiques doivent générer des matériaux composés de blocs de construction positionnés et orientés avec précision. De telles superstructures sont maintenant disponibles, grâce au développement d'une méthode qui utilise les changements de température pour aligner des nanofils individuels. Ming-Yong Han de l'Institut A*STAR de recherche et d'ingénierie des matériaux, Sinapore, dirigé la recherche.

Les approches actuelles d'auto-assemblage de nanocristaux consistent à déposer une suspension cristalline sur une surface solide, puis évaporer lentement le solvant. Théoriquement, l'évaporation renforce les forces d'attraction relativement faibles qui existent entre les nanocristaux, les obligeant à s'aligner. Cependant, des degrés élevés d'alignement des structures anisotropes - celles qui présentent des propriétés physiques dépendantes de la direction - restent difficiles à atteindre.

"Nous avons pris une voie distincte de l'approche d'évaporation lente, " dit Han. La stratégie de son équipe a suivi des principes similaires à ceux utilisés dans la synthèse chimique. ils ont fait réagir un dérivé du cobalt avec le précurseur de phosphure trioctylphosphine (TOP) à haute température. Cela a produit des nanofils recouverts de TOP. Prochain, ils ont stocké la solution dans laquelle les nanofils se sont formés à différentes températures. Ces rangements, ou « vieillissement », les températures produites plus grandes, superstructures bien définies avec des alignements différents.

Le lavage des nanofils sans cette dernière étape a entraîné des arrangements aléatoires ou de petits assemblages. Après refroidissement et vieillissement du mélange réactionnel à température ambiante pendant deux heures, l'équipe a observé des superstructures composées de près d'un million de nanofils debout verticalement. Dans cette disposition, chaque nanofil était entouré de six autres selon un motif en nid d'abeille. Une fois refroidi à température ambiante puis réfrigéré, le mélange réactionnel a produit des feuilles étendues de nanofils alignés côte à côte horizontalement.

Les superstructures résistaient à toute température élevée, ultrason, ou traitement par solvant organique, indiquant de fortes forces de cohésion entre les nanofils. D'autres enquêtes ont révélé que, lors de l'auto-assemblage, les molécules TOP adsorbées et désorbées en continu des nanofils, les mettant en contact étroit. Cela a provoqué la formation de liaisons chimiques irréversibles entre les nanocristaux, faciliter et améliorer leur alignement.

L'équipe teste actuellement les performances des superstructures par rapport à celles des nanofils orientés de manière aléatoire pour explorer leur utilisation potentielle en tant que capteurs ou composants électriques appelés inducteurs. "Nous essayons également d'étendre cette méthodologie pour auto-assembler d'autres systèmes, dans l'espoir d'établir une méthode plus universelle d'alignement de nanocristaux anisotropes, " ajoute Han.