ПОПУЛЯРНЫЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ

Кадры

Фотогалерея

Новости

Химикам удалось собрать кубическую решетку алмаза из коллоидных частиц / 01.10.2020

 

Структуры с такой кристаллической решеткой могут подавлять спонтанное излучение света и поэтому полезны для создания оптических волноводов, фильтров или лазерных резонаторов.

 

Коллоидные кристаллы обычно получают из растворов методом самосборки. Мелкие нерастворимые частицы в растворе под действием силы тяжести в простейшем случае собираются в упорядоченные структуры. Для того чтобы частицы понимали, как нужно выстраиваться, к ним можно пришивать разные молекулы, которые соединяются в растворе и формируют заданную структуру из частиц. Чаще всего такой метод формирования структур используют для изготовления фотонных кристаллов. Коллоидные частицы, собранные в кубическую решетку алмаза, составляют материал, который обладает отличными оптическими свойствами. Он подавляет спонтанное излучение света и может быть использован для улучшения технологий, в которых необходимо собирать свет. Решетка алмаза (в узлах решетки необязательно должен быть углерод — в данном случае значение имеет только структура этой решетки) в отличие от распространенной гранецентрированной решетки имеет более широкую запрещенную зону и менее чувствительная к дефектам. Помимо этого для создания структуры алмаза требуются материалы с отличием показателя преломления примерно в два раза, что можно реализовать с помощью известных материалов. Однако, процесс самосборки решетки алмаза значительно сложнее с технологической точки зрения, чем формирование гранецентрированных решеток.

 

Ученые под руководством Дэвида Пайна (David J Pine) из Университета Нью-Йорка смогли преодолеть сложности в технологии сборки кубических алмазных решеток и создали структуры на их основе из коллоидных частиц.

 

Сложность в формировании заданной решетки кристалла состоит в методе соединения частиц. Если взять две шарообразные частицы, у каждой из которых есть участок связывания (своеобразный клей), то они могут склеиться под каким угодно углом и в какой угодно ориентации. Для того чтобы это предотвратить, авторы использовали вместо одиночных частиц использовали кластеры из четырех частиц, которые были собраны в тетраэдр. Такие кластеры могут соединяться только одним способом — в шахматном порядке, что упрощает самосборку алмазных кристаллических решеток. Выбор тетраэдра в виде кластера не случаен — связи частицы, которая находится в узле кристаллической решетки алмаза, образуют именно тетраэдр.

Для эксперимента ученые использовали твердые наночастицы из полистирола, которые соединяли при помощи жидкой капли полимера. При определенных пропорциях жидкой и твердой составляющей возможно формирование требуемых тетрагональных частиц. А изменение внешних параметров (температуры, давления) влияло на расстояние между частицами в тетраэдре, что позволяло формировать решетки с разными элементарными частицами в их узлах.

 

Проверку полученных структур ученые осуществляли с помощью растрового электронного микроскопа и измерения флуоресценции. Они добавляли флуоресцентные метки в жидкую каплю перед формированием тетрагональных частиц и потом наблюдали итоговую структуру в микроскоп. Эти изображения с высокой точностью совпали с результатами моделирования кубической решетки алмаза из коллоидных частиц.

 

Показатель преломления собранных структур оказался недостаточным для формирования фотонных кристаллов в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне длин волн. Для решения этой проблемы авторы изготовили обратные решетки. Они использовали итоговые кристаллы как трафареты, заполняли свободное пространство в них материалом в более высоким коэффициентом преломления (оксид титана — 2.6 и кремний — 3.4) и удаляли коллоидные частицы. Обратные решетки имеют более широкую запрещенную зону, что важно для фотонных кристаллов. Помимо этого, ее можно контролировать изменением плотности тетрагональных частиц и применять кристаллы для разных длин волн.

Коллоидные кристаллы применяются не только в создании оптических элементов. Например, японские химики синтезировали новый тип красителя, который меняет свой цвет, с использованием коллоидных кристаллов. А в качестве коллоидных частиц можно использовать квантовые точки, как это сделали американские химики для катализа реакции получения производных циклобутана – пишет nplus1.


Другие новости по теме:
18.10.20 - Татуировка светом или фотопечать на любых поверхностях
15.10.20 - H3S стал сверхпроводником при комнатной температуры
14.10.20 - Шины из графена
13.10.20 - Из диэлектрика в полупроводник и обратно – игры физиков с алмазами
05.10.20 - Вечный двигатель на основе графена
TOP100 самых популярных
новостей
за месяц
Место Наименование Показов
1

Нанотехнологи из США и Японии разделили премию Испании

2 японских и 3 американских ученых стали лауреатами престижной премии принца Астурийского за научные и технические разработки в области нанотехнологий. Испания присудила награды японским ученым Сум

797
2

Одноколесный велосипед с электромотором (видео)

Enicycle - это моторизованный одноколесный велосипед, сконструированный изобретателем из Словении Александером Полутником (Aleksander Polutnik). Научиться ездить на этом необычном средстве передвижени

149
3

Новые наномагниты можно строить атом за атомом

Исследователям из Германии удалось создать новый наномагнит из железа буквально по атомам при помощи спин-поляризованного острия сканирующего туннельного микроскопа (СТМ).   Формируемые таки

146
4

Альтернативная энергетика – тема лучшего инновационного проекта молодых учёных РФ.

ДНК-диагностика инфекционных и наследственных заболеваний, альтернативная энергетика, новые технологии материаловедения – в числе основных проектов-победителей Всероссийского конкурса по поддерж

145
5

Над Европой обнаружен радиоактивный йод - 131

Следы радиоактивного йода были обнаружены в атмосфере многих европейских стран. Источник утечки пока не определен. Йод-131 в основном используется в фармацевтике. Он является побочным продуктом

141

Анонсы событий