(Phys.org) — Le rêve ultime devenu réalité pour les scientifiques des matériaux est d'avoir la capacité de fabriquer des matériaux qui peuvent adopter des propriétés et des comportements pour répondre au mieux à nos besoins. De nouveaux matériaux pourraient fournir des moyens efficaces de capter l'énergie solaire et nous aider à faire progresser considérablement la façon dont les moteurs, des générateurs et autres appareils essentiels à l'amélioration de nos besoins énergétiques sont fabriqués.

Mais les scientifiques doivent d'abord vraiment comprendre les propriétés de l'assemblage de clusters à travers le cluster individuel. Cependant, c'est un peu comme essayer de déchiffrer une symphonie en n'écoutant que les percussions. Cela a été l'énigme pour faire avancer le domaine.

Maintenant, grâce au travail d'une équipe de scientifiques de la Virginia Commonwealth University, Université d'État de Pennsylvanie et Université de Californie, Los Angeles, les scientifiques des matériaux auront une meilleure compréhension des principes d'organisation qui permettent la conception de matériaux nanoscopiques avec une énergie de bande interdite spécifique. L'énergie de la bande interdite fait référence à l'énergie lumineuse minimale que le matériau peut absorber.

Les matériaux assemblés en grappes sont des solides construits à partir de grappes – de petites nanoparticules de quelques à quelques dizaines d'atomes. En fabriquant ces matériaux avec différents maillons, l'ensemble peut être réalisé en grappes séparées, chaînes de clusters, feuilles de clusters et réseaux tridimensionnels de clusters. En changeant ces linkers, la couleur d'énergie la plus faible de la lumière que le matériau peut absorber peut être changée de l'infrarouge profond au vert.

Cette recherche explique comment les linkers interagissent avec le cluster et ce qui détermine la couleur du matériau.

"Les découvertes aident à réaliser le rêve ultime de la science des matériaux, à savoir, la capacité de synthétiser de nouveaux matériaux qui n'existaient pas déjà dans la nature et qui peuvent remplir des fonctions pour satisfaire nos besoins croissants, " a déclaré l'enquêteur principal Shiv N. Khanna, Doctorat., professeur au Département de physique du VCU College of Humanities and Sciences.

Selon Khanna, développer un matériau avec la bande interdite appropriée qui absorbera plusieurs longueurs d'onde maximisera l'efficacité à laquelle l'énergie solaire peut être absorbée. La lumière du soleil couvre une large gamme de longueurs d'onde avec une longueur d'onde d'énergie maximale d'environ 4950 Å.

« Les principes développés à travers la présente étude offrent une approche générale pour la synthèse de matériaux aux fonctionnalités contrôlables, " dit Arthur Reber, Doctorat., professeur agrégé de recherche au département de physique VCU, qui a collaboré à l'étude avec Khanna.

"Par exemple, nous venons de montrer comment de nouveaux solides magnétiques peuvent être synthétisés en assemblant des nanoparticules choisies. Ces solides ont des applications potentielles dans les moteurs, générateurs et autres appareils essentiels aux besoins énergétiques, " dit Khanna.

L'équipe continue de développer ses idées pour démontrer des applications dans l'optique, matériaux catalytiques et magnétiques.

Les scientifiques ont mené une série de calculs théoriques et de premiers principes d'investigation de la structure électronique, collecté des données radiographiques et effectué une modélisation informatique.

L'étude a été publiée récemment dans Comptes de la recherche chimique , un journal de l'American Chemical Society. L'étude s'intitule, « Contrôler l'énergie de la bande interdite des matériaux assemblés en grappes ».