By 
Найвправніші художники можуть створити єдиний у своєму роді шедевр, використовуючи лише кілька різних кольорів фарби. Вони досягають цього, використовуючи натхнення, минулі мистецькі знання та принципи, отримані за роки практики в студії. Хіміки використовують подібний процес при розробці нових сполук. Команда дослідників з Аргонської національної лабораторії Міністерства енергетики США, Північно-Західного університету та Чиказького університету створила нову техніку для ідентифікації та синтезу кристалічних матеріалів, які містять два або більше елементів.
«Ми очікуємо, що наша робота виявиться надзвичайно цінною для спільнот хіміків, матеріалів і конденсованих речовин для синтезу нових і наразі непередбачуваних матеріалів з екзотичними властивостями», — сказав Меркурі Канацідіс, професор хімії в Північно-Західному університеті зі спільною посадою в Аргонні.
«Наш метод винаходу став результатом досліджень нетрадиційних надпровідників», — сказав Сюцюань Чжоу, постдокторант Аргоннського університету та перший автор статті. «Це тверді тіла з двома або більше елементами, принаймні один з яких не є металом. І вони перестають чинити опір проходженню електрики за різних температур — будь-де, від холоднішого за космічний простір до моєї в офісі».
За останні п’ять десятиліть вчені виявили та створили багато нетрадиційних надпровідників із дивовижними магнітними та електричними властивостями. Такі матеріали мають широкий спектр можливих застосувань, наприклад, покращене виробництво електроенергії, передача енергії та високошвидкісне транспортування. Вони також мають потенціал для включення в майбутні прискорювачі частинок, системи магнітно-резонансної томографії, квантові комп’ютери та енергоефективну мікроелектроніку.
Метод винаходу команди починається з рішення, яке складається з двох компонентів. Один з них є високоефективним розчинником. Він розчиняється та реагує з будь-якими твердими речовинами, доданими до розчину. Інший не такий хороший розчинник. Але він існує для налаштування реакції, щоб отримати нову тверду речовину після додавання різних елементів. Ця настройка передбачає зміну співвідношення двох компонентів і температури. Тут температура досить висока, від 750 до 1300 градусів за Фаренгейтом.
«Нас цікавить не покращення відомих матеріалів, а відкриття матеріалів, про які ніхто не знав або про існування яких теоретики навіть не припускали», — зазначив Канацідіс. «За допомогою цього методу ми можемо уникнути шляхів реакції на відомі матеріали та піти новими шляхами у невідоме та непередбачене».
Як тестовий приклад дослідники застосували свій метод до кристалічних сполук, що складаються з трьох-п’яти елементів. Як нещодавно повідомлялося в Nature, їхній метод відкриття дав 30 раніше невідомих сполук. Десять із них мають структури, які ніколи раніше не бачили.
Команда підготувала монокристали деяких із цих нових сполук і схарактеризувала їхню структуру на лінії променя ChemMatCARS UChicago на 15-ID-D та 17-BM-B Відділу рентгенівських наук Advanced Photon Source, користувальницькій установі Управління науки DOE. в Аргонні. «За допомогою лінії променів 17-BM-B APS ми змогли відстежити еволюцію структур для різних хімічних фаз, які утворилися під час процесу реакції», — сказав учений лінії променів 17-BM-B Веньцянь Сю.
«Традиційно хіміки винаходили та створювали нові матеріали, покладаючись лише на знання вихідних інгредієнтів і кінцевого продукту», — сказав Чжоу. «Дані APS дозволили нам також врахувати проміжні продукти, які утворюються під час реакції».
Центр нанорозмірних матеріалів, ще один інформаційний центр Міністерства економіки в Аргонні, надав ключові експериментальні дані та теоретичні розрахунки для проєкту.
І це лише початок того, що можливо, оскільки метод можна застосувати майже до будь-якого кристалічного твердого тіла. Його також можна застосовувати для створення багатьох різних кристалічних структур. Це містить кілька складених шарів, один шар товщиною в атом і ланцюги молекул, які не пов’язані між собою. Такі незвичайні структури мають різні властивості та є ключовими для розробки матеріалів наступного покоління, застосовних не лише для надпровідників, а й для мікроелектроніки, батарей, магнітів тощо.
Comments