Mevcut çok sayıda teknolojik gelişme, yeni malzeme keşiflerine duyulan ihtiyaca bağlıdır. Bununla birlikte, yeni ve hedefe yönelik katı hal malzemelerine yol açan sentez yöntemlerinin tasarlanması için reaktivite modellerinin anlaşılması gereklidir. Üretkenliği artırmak ve yeni malzemelerin keşfini hızlandırmak için sentez bilimindeki ilerlemelere ihtiyaç vardır.
ABD Enerji Bakanlığı'ndaki (DOE) bilim insanları Argonne National Laboratory, Northwestern Üniversitesi ve Chicago Üniversitesi iki veya daha fazla element içeren yeni kristal malzemeleri keşfetmek ve yapmak için yeni bir yöntem geliştirdiler.
Argonne'da doktora sonrası araştırmacı ve makalenin ilk yazarı Xiuquan Zhou şunları söyledi: "Buluş yöntemimiz, alışılmadık süper iletkenler üzerine yapılan araştırmalardan doğdu. Bunlar, en az biri metal olmayan, iki veya daha fazla element içeren katılardır. Ve farklı sıcaklıklarda elektriğin geçişine direnmeyi bırakıyorlar - uzaydan daha soğuktan ofisimdekine kadar her yerde."
Ekibin icat süreci iki bileşenden oluşan bir çözümle başlıyor. Bunlardan biri çok etkili bir çözücüdür. Çözeltiye eklenen herhangi bir katı madde içinde çözülür ve onunla etkileşime girer. Alternatif daha az güçlü bir çözücüdür. Bununla birlikte, yeni bir katı oluşturmak için başka elementler eklendiğinde reaksiyonun nasıl davranacağını ayarlamak da oradadır. Bu ayarlama sırasında iki bileşenin sıcaklığı ve oranı ayarlanır. Burada sıcaklık oldukça yüksek olan 750 ila 1,300 Fahrenheit derece arasında değişiyor.
Northwestern'de Argonne'da ortak görev yapan kimya profesörü Mercouri Kanatzidis şunları söyledi: "Biz bilinen malzemeleri daha iyi hale getirmekle değil, kimsenin bilmediği veya teorisyenlerin var olduğunu hayal ettiği malzemeleri keşfetmekle ilgileniyoruz. Bu yöntemle bilinen malzemelere giden reaksiyon yollarından kaçınabilir ve bilinmeyen ve öngörülemeyenlere doğru yeni yollar izleyebiliriz."
Test için bilim insanları yöntemlerini üç ila beş elementten oluşan kristal bileşiklere uyguladılar. Keşif yöntemleri daha önce bilinmeyen 30 bileşik ortaya çıkardı. On tanesi daha önce hiç görülmemiş yapılara sahip.
X-ışını Bilim Bölümü'nün Gelişmiş Foton Kaynağının 17-BM-B'sinde, Argonne'daki bir DOE Bilim Ofisi kullanıcı tesisinde ve 15-ID-D'deki UChicago ChemMatCARS ışın hattında, bilim adamları bunlardan bazılarının tek kristallerini yarattılar. Yeni bileşikler ve bunların yapıları anlatıldı.
17-BM-B ışın hattı bilim adamı Wenqian Xu şuraya, "APS'nin ışın hattı 17-BM-B'si ile reaksiyon süreci sırasında oluşan farklı kimyasal fazlar için yapıların gelişimini takip edebildik."
Zhou dedi ki, “Geleneksel olarak kimyagerler, yalnızca başlangıç malzemeleri ve nihai ürün bilgisine dayanarak yeni malzemeler icat edip yaptılar. APS verileri, bir reaksiyon sırasında oluşan ara ürünleri de hesaba katmamıza olanak sağladı."
Pratik olarak herhangi bir kristal malzemenin bu teknik kullanılarak işlenebileceği göz önüne alındığında, bu mümkün olanın sadece başlangıcıdır. Ayrıca çeşitli kristal oluşumları oluşturmak için de kullanılabilir. Bu, birçok kez katmanlanan katmanlardan, yalnızca bir atom kalınlığındaki bir katmandan ve bağlantısız molekül zincirlerinden oluşur.
Bu tür olağandışı yapıların farklı özellikleri vardır ve gelişmenin anahtarıdır. yeni nesil malzemeler sadece süperiletkenlere değil aynı zamanda mikroelektroniklere, pillere, mıknatıslara ve daha fazlasına da uygulanabilir.
Dergi Referans:
- Xiuquan Zhou ve diğerleri, Karışık akışlar kullanılarak kalkojenit yapılarının ve bileşimlerinin keşfi, Tabiat (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05307-7
