Les chercheurs ont découvert que la conductivité thermique des cristaux de superatomes est directement liée au désordre rotationnel au sein de ces structures. Les résultats ont été publiés dans un article de Matériaux naturels cette semaine.

Jonathan A. Malen, professeur agrégé de génie mécanique à l'Université Carnegie Mellon, était l'auteur correspondant de l'article intitulé "L'ordre orientationnel contrôle le transport thermique cristallin et amorphe dans les cristaux superatomiques".

Les cristaux de superatomes sont des arrangements périodiques ou réguliers de C 60 fullerènes et amas moléculaires inorganiques de taille similaire. Le nanomètre de taille C 60 s ressemblent à des ballons de football avec des atomes C aux sommets de chaque hexagone et pentagone.

"Il y a deux formations presque identiques, celui qui a une rotation (c'est-à-dire une orientation désordonnée) C 60 s et celui qui a fixé C 60 s, " a déclaré Malen. "Nous avons découvert que la formation qui contenait des C60 en rotation a une faible conductivité thermique tandis que la formation avec C fixe 60 s a une conductivité thermique élevée."

Bien que le trouble de rotation soit connu en vrac C 60 , c'est la première fois que le processus est mis à profit pour créer des conductivités thermiques très différentes dans des matériaux structurellement identiques.

Imaginez une file de personnes passant des sacs de sable d'un bout à l'autre. Imaginez maintenant une deuxième ligne où chaque personne tourne en rond—certains dans le sens des aiguilles d'une montre, certains dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, certains rapides, et certains lents. Il serait très difficile de déplacer un sac de sable sur cette ligne.

"C'est similaire à ce qui se passe avec la conductivité thermique dans les superatomes, " expliqua Malen. " Il est plus facile de transférer l'énergie thermique le long d'un modèle fixe que désordonné. "

Xavier Roy, professeur adjoint de chimie à l'Université de Columbia, l'autre auteur correspondant de l'étude, a créé les cristaux de superatomes dans son laboratoire en synthétisant et en assemblant les blocs de construction dans les superstructures hiérarchiques.

"Les cristaux de superatome représentent une nouvelle classe de matériaux avec un potentiel d'applications dans la production d'énergie durable, stockage d'Energie, et nanoélectronique, " dit Roy. " Parce que nous avons une vaste bibliothèque de superatomes qui peuvent s'auto-assembler, ces matériaux offrent une approche modulaire pour créer des structures atomiquement précises complexes mais accordables."

Les chercheurs pensent que ces découvertes mèneront à une enquête plus approfondie sur les propriétés électroniques et magnétiques uniques des matériaux superstructurés. Une future application pourrait inclure un nouveau matériau qui pourrait passer d'un conducteur thermique à un isolant thermique, ouvrant le potentiel de nouveaux types de commutateurs thermiques et de transistors.

"Si nous pouvions contrôler activement le trouble de rotation, nous créerions un nouveau paradigme pour le transport thermique, " dit Malen.

Pour plus d'informations, lire l'article :"L'ordre d'orientation contrôle le transport thermique cristallin et amorphe dans les cristaux superatomiques, " Matériaux naturels (2016).

Les chercheurs supplémentaires de Carnegie Mellon comprenaient le chercheur postdoctoral et ancien élève Wee-Liat Ong, Patrick S. M. Dougherty, Alan J. H. McGaughey, et C. Fred Higgs. Ong est conseillé conjointement par Malen et Roy dans le cadre d'une subvention MRSEC de la National Science Foundation dirigée par l'Université de Columbia. D'autres chercheurs de l'Université Columbia comprenaient E. O'Brien et D. Paley.