Banyak kemajuan teknologi saat ini bergantung pada kebutuhan akan penemuan material baru. Namun, pemahaman pola reaktivitas diperlukan untuk merancang metode sintesis yang mengarah pada material solid-state yang baru dan ditargetkan. Kemajuan ilmu sintesis diperlukan untuk meningkatkan produktivitas dan mempercepat penemuan material baru.
Para ilmuwan di Departemen Energi AS (DOE) Argonne National Laboratory, Universitas Northwestern, dan The University of Chicago telah mengembangkan metode baru untuk menemukan dan membuat bahan kristal baru dengan dua atau lebih unsur.
Xiuquan Zhou, seorang postdoc di Argonne dan penulis pertama makalah ini, berkata, “Metode penemuan kami tumbuh dari penelitian tentang superkonduktor nonkonvensional. Ini adalah padatan dengan dua atau lebih unsur, setidaknya salah satunya bukan logam. Dan mereka tidak lagi dapat menahan aliran listrik pada suhu yang berbeda-beda—mulai dari suhu yang lebih dingin dari luar angkasa hingga suhu di kantor saya.”
Proses penemuan tim dimulai dengan solusi yang dibuat dari dua komponen. Salah satunya adalah pelarut yang sangat efisien. Setiap padatan yang ditambahkan ke dalam larutan akan larut di dalamnya dan berinteraksi dengannya. Alternatifnya adalah pelarut yang kurang kuat. Namun, hal ini dilakukan untuk menyesuaikan perilaku reaksi ketika unsur lain ditambahkan untuk menghasilkan padatan baru. Suhu dan rasio kedua komponen disesuaikan selama penyetelan ini. Di sini, suhu berkisar antara 750 hingga 1,300 derajat Fahrenheit, yang cukup tinggi.
Mercouri Kanatzidis, seorang profesor kimia di Northwestern dengan penunjukan bersama di Argonne, mengatakan, “Kami tidak peduli dengan membuat materi diketahui dengan lebih baik tetapi dengan menemukan materi yang tidak diketahui oleh siapa pun atau bahkan dibayangkan oleh para ahli teori. Dengan metode ini, kita dapat menghindari jalur reaksi terhadap material yang diketahui dan mengikuti jalur baru menuju material yang tidak diketahui dan tidak dapat diprediksi.”
Untuk pengujian, para ilmuwan menerapkan metode mereka pada senyawa kristal yang terbuat dari tiga hingga lima unsur. Metode penemuan mereka menghasilkan 30 senyawa yang sebelumnya tidak diketahui. Sepuluh di antaranya memiliki struktur yang belum pernah terlihat sebelumnya.
Di 17-BM-B Sumber Foton Lanjutan Divisi Sains Sinar-X, fasilitas pengguna Kantor Sains DOE di Argonne, dan garis pancaran UChicago ChemMatCARS di 15-ID-D, para ilmuwan telah menciptakan kristal tunggal dari beberapa di antaranya. senyawa baru dan mendeskripsikan strukturnya.
Ilmuwan garis pancaran 17-BM-B Wenqian Xu tersebut, "Dengan beamline 17-BM-B dari APS, kami dapat melacak evolusi struktur untuk berbagai fase kimia yang berbeda yang terbentuk selama proses reaksi.”
Zhou berkata, “Secara tradisional, ahli kimia menemukan dan membuat bahan baru hanya dengan mengandalkan pengetahuan tentang bahan awal dan produk akhir. Data APS memungkinkan kami juga memperhitungkan produk antara yang terbentuk selama reaksi.”
Mengingat bahwa hampir semua bahan kristal dapat diproses menggunakan teknik ini, ini hanyalah permulaan dari apa yang mungkin dilakukan. Itu juga dapat digunakan untuk membuat berbagai formasi kristal. Ini terdiri dari lapisan-lapisan yang berlapis berkali-kali, lapisan yang tebalnya hanya satu atom, dan rantai molekul yang tidak terhubung.
Struktur yang tidak biasa seperti itu memiliki sifat berbeda dan merupakan kunci pengembangan bahan generasi berikutnya berlaku tidak hanya untuk superkonduktor tetapi juga mikroelektronika, baterai, magnet, dan banyak lagi.
Referensi Jurnal:
- Xiuquan Zhou dkk, Penemuan struktur dan komposisi kalkogenida menggunakan fluks campuran, Alam (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05307-7
