Une image au microscope électronique à transmission à gauche et une version de carte en couleurs à droite mettent en évidence les déformations dans les nanofeuillets d'argent déposés sur des nanosphères d'oxyde de fer. Les scientifiques de l'Université Rice ont déterminé que les forces de van der Waals entre les sphères et les feuilles sont suffisantes pour déformer l'argent, défauts d'ouverture de leurs réseaux cristallins qui pourraient être utilisés en optique ou en catalyse. Crédit :The Jones Lab/Rice University
Il faut bien regarder, mais les collines sont vivantes avec la force de van der Waals.
Les scientifiques de l'Université Rice ont découvert que la force « faible » omniprésente de la nature est suffisante pour indenter des nanofeuilles rigides, étendre leur potentiel d'utilisation dans l'optique nanométrique ou les systèmes catalytiques.
Changer la forme des particules nanométriques modifie leurs propriétés électromagnétiques, dit Matt Jones, le professeur adjoint de chimie Norman et Gene Hackerman et un professeur adjoint de science des matériaux et de nano-ingénierie. C'est pourquoi le phénomène mérite une étude plus approfondie.
"Les gens se soucient de la forme des particules, parce que la forme change ses propriétés optiques, " a déclaré Jones. "C'est une façon totalement nouvelle de changer la forme d'une particule."
Jones et l'étudiante diplômée Sarah Rehn ont dirigé l'étude de l'American Chemical Society Nano lettres.
Van der Waals est une force faible qui permet aux molécules neutres de s'attirer les unes les autres à travers des dipôles fluctuant de manière aléatoire, selon la distance. Bien que petit, ses effets peuvent être vus dans le monde macro, comme quand les geckos grimpent sur les murs.
"Les forces de Van der Waals sont partout et, essentiellement, à l'échelle nanométrique tout est collant, " Jones a dit. " Quand vous mettez un grand, particule plate sur un grand, surface plane, il y a beaucoup de contacts, et c'est suffisant pour déformer de façon permanente une particule vraiment fine et flexible."
Une image au microscope électronique à transmission réalisée par des scientifiques de l'Université Rice montre une nanoplaque d'argent déformée par une particule, formant des contours de contrainte en forme de fleur dans le matériau qui indiquent une bosse. Changer la forme du matériau modifie ses propriétés électromagnétiques, ce qui le rend approprié pour la catalyse ou les applications optiques. Crédit :The Jones Lab/Rice University
Dans la nouvelle étude, l'équipe Rice a décidé de voir si la force pouvait être utilisée pour manipuler des feuilles d'argent ductile de 8 nanomètres d'épaisseur. Après qu'un modèle mathématique leur ait montré que c'était possible, ils ont placé des nanosphères d'oxyde de fer de 15 nanomètres de large sur une surface et ont saupoudré des nanofeuilles en forme de prisme dessus.
Sans appliquer aucune autre force, ils ont vu à travers un microscope électronique à transmission que les nanofeuillets ont acquis des bosses permanentes là où il n'y en avait pas auparavant, juste au-dessus des sphères. Comme mesuré, les distorsions étaient environ 10 fois plus grandes que la largeur des sphères.
Les collines n'étaient pas très hautes, mais les simulations ont confirmé que l'attraction de van der Waals entre la feuille et le substrat entourant les sphères était suffisante pour influencer la plasticité du réseau atomique cristallin de l'argent. Ils ont également montré que le même effet se produirait dans les nanofeuillets de dioxyde de silicium et de séléniure de cadmium, et peut-être d'autres composés.
"Nous essayions de faire vraiment mince, de grandes nanoplaques d'argent et quand nous avons commencé à prendre des images, nous avons vu ces étranges, modèles de contrainte sextuple, comme des fleurs, " dit Jones, qui a obtenu une bourse Packard de plusieurs années en 2018 pour développer des techniques avancées de microscopie.
"Ça n'avait aucun sens, mais nous avons finalement compris que c'était une petite boule de crasse sur laquelle la plaque était drapée, créer la tension, " a-t-il dit. " Nous ne pensions pas que quelqu'un avait enquêté là-dessus, nous avons donc décidé de jeter un coup d'œil.
"Ce qui revient à dire, c'est que lorsque vous rendez une particule très fine, ça devient vraiment flexible, même si c'est un métal rigide, ", a déclaré Jones.
Les scientifiques de l'Université Rice ont trouvé l'omniprésent, La force "faible" de van der Waals était suffisante pour indenter une nanofeuille d'argent rigide. Le phénomène suggère des applications possibles dans l'optique nanométrique ou les systèmes catalytiques. Crédit :The Jones Lab/Rice University
Dans d'autres expériences, les chercheurs ont vu que les nanosphères pouvaient être utilisées pour contrôler la forme de la déformation, à partir de crêtes simples lorsque deux sphères sont proches, pour selle des formes ou des bosses isolées lorsque les sphères sont plus éloignées.
Ils ont déterminé que les feuilles de moins d'environ 10 nanomètres d'épaisseur et avec des rapports d'aspect d'environ 100 sont les plus susceptibles de se déformer.
Les chercheurs ont noté que leur technique crée « une nouvelle classe de structures curvilignes basées sur la topographie du substrat » qui « serait difficile à générer par lithographie ». Cela ouvre de nouvelles possibilités pour les dispositifs électromagnétiques qui sont particulièrement pertinents pour la recherche nanophotonique.
La tension du réseau d'argent transforme également le métal inerte en un catalyseur possible en créant des défauts où des réactions chimiques peuvent se produire.
"Cela devient excitant parce que maintenant, la plupart des gens fabriquent ce genre de métamatériaux par lithographie, " a déclaré Jones. " C'est un outil vraiment puissant, mais une fois que vous l'avez utilisé pour modeler votre métal, vous ne pouvez jamais le changer.
« Maintenant, nous avons la possibilité, peut-être un jour, construire un matériau qui a un ensemble de propriétés, puis le changer en le déformant, " dit-il. " Parce que les forces nécessaires pour le faire sont si petites, nous espérons trouver un moyen de basculer entre les deux."
