Številni trenutni tehnološki napredki so odvisni od potreb po odkritjih novih materialov. Vendar pa je razumevanje vzorcev reaktivnosti potrebno za načrtovanje sinteznih metod, ki vodijo do novih in ciljno usmerjenih trdnih materialov. Napredek znanosti o sintezi je potreben za povečanje produktivnosti in pospešitev odkrivanja novih materialov.
Znanstveniki z Ministrstva za energijo ZDA (DOE) Argonne National Laboratory, Northwestern University in The University of Chicago so razvili novo metodo za odkrivanje in izdelavo novih kristalnih materialov z dvema ali več elementi.
Xiuquan Zhou, podoktor na Argonneju in prvi avtor prispevka, je dejal: »Naša metoda izuma je zrasla iz raziskav nekonvencionalnih superprevodnikov. To so trdne snovi z dvema ali več elementi, od katerih vsaj eden ni kovina. In prenehajo se upirati prehodu elektrike pri različnih temperaturah – od hladnejših od vesolja do tistih v moji pisarni.«
Invencijski proces ekipe se začne z rešitvijo iz dveh komponent. Eno je zelo učinkovito topilo. Vse trdne snovi, dodane raztopini, se v njej raztopijo in z njo medsebojno delujejo. Alternativa je manj močno topilo. Vendar pa je tam, da prilagodi, kako se reakcija obnaša, ko se dodajo drugi elementi, da se ustvari nova trdna snov. Temperatura in razmerje obeh komponent se prilagodita med tem uglaševanjem. Tukaj se temperatura giblje od 750 do 1,300 stopinj Fahrenheita, kar je precej visoko.
Mercouri Kanatzidis, profesor kemije na Northwestern s skupnim imenovanjem na Argonnu, je dejal: »Ne ukvarjamo se z izboljšanjem znanih materialov, ampak z odkrivanjem materialov, za katere nihče ni vedel ali so si teoretiki predstavljali, da sploh obstajajo. S to metodo se lahko izognemo reakcijskim potem na znane materiale in sledimo novim potem v neznano in nepredvidljivo.«
Za testiranje so znanstveniki svojo metodo uporabili za kristalne spojine iz treh do petih elementov. Njihova metoda odkrivanja je prinesla 30 prej neznanih spojin. Deset od njih ima strukture, ki jih še nikoli nismo videli.
Znanstveniki so v 17-BM-B Advanced Photon Source oddelka za znanost o rentgenskih žarkih, uporabniškem objektu Urada za znanost DOE v Argonnu, in žarkovni liniji UChicago ChemMatCARS na 15-ID-D ustvarili posamezne kristale nekaterih od teh nove spojine in opisal njihove strukture.
17-BM-B znanstvenik na žarkovni liniji Wenqian Xu je dejal"Z žarkovno linijo 17-BM-B APS smo lahko sledili razvoju struktur za različne kemijske faze, ki so nastale med reakcijskim procesom.«
Zhou je rekel, »Tradicionalno so kemiki izumljali in izdelovali nove materiale, pri čemer so se zanašali le na poznavanje začetnih sestavin in končnega izdelka. Podatki APS so nam omogočili, da smo upoštevali tudi vmesne produkte, ki nastanejo med reakcijo.«
Glede na to, da je s to tehniko mogoče obdelati praktično vsak kristalni material, je to šele začetek tega, kar je mogoče. Lahko se uporablja tudi za ustvarjanje različnih kristalnih formacij. To obsega plasti, ki so večkrat prekrite, plast, ki je debela le en atom, in verige nepovezanih molekul.
Takšne nenavadne strukture imajo različne lastnosti in so ključne za razvoj materiali naslednje generacije uporabna ne samo za superprevodnike, ampak tudi za mikroelektroniko, baterije, magnete in drugo.
Referenca dnevnika:
- Xiuquan Zhou et al, Odkritje halkogenidnih struktur in sestavkov z uporabo mešanih tokov, Narava (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05307-7
