Учёные заполучили контроль над ростом металлических кристаллов атом за атомом

Ряд смешанных металлических нанокристаллов, образовавшихся на графеновой структуре после облучения

Ряд смешанных металлических нанокристаллов, образовавшихся на графеновой структуре после облучения
(фото Nature Communications).

Новая методика нанотехнологов Великобритании позволила получить контроль над созданием микроскопической структуры искусственных кристаллов металла. Это означает, что в недалёком будущем можно будет делать нанокристаллы, приспособленные для конкретных нужд: от водоочистки до маскировки.

Учёные Туманного Альбиона создали метод нанокристаллометрии. Им удалось проконтролировать рост металлических кристаллов атом за атомом. Такая точная технология может привести к созданию настраиваемых кристаллов, которые найдут применение в различных областях − от очистки воды до манипуляции объектами, от печати до маскировочных технологий.

"Впервые мы смогли наблюдать за движением отдельных атомов, собирающихся в кристалл атом за атомом", – рассказывает Николас Барри (Nicolas Barry) из университета Уорика.

Дело в том, что в мире наноструктур один и тот же материал в зависимости от своей формы (столбик, сфера, точка) может обладать совершенно различными химическими и физическими свойствами. Но влиять на форму кристаллов в ходе их синтеза довольно затруднительно: они растут настолько быстро, что даже лучшие электронные микроскопы не могут уследить за процессом.

Барри и его коллеги сделали следующее: они направили пучок электронов на тонкую плёнку, содержащую молекулы металла осмия, углерода и других элементов. Большинство молекул распались и выделили отдельные атомы осмия, а плёнка в результате обрела структуру графеновой решетки. На ней и осели атомы.

"Эта плёнка была также легирована атомами бора и серы, которые замедляют движение отдельных атомов металлов на поверхности графена, – рассказывает Барри. – "Вялые" атомы движутся со скоростью, которая доступна регистрирующему оку электронного микроскопа, что позволило нам наблюдать за ростом кристаллов ".

Команда также использовала смеси атомов металлов, чтобы произвести на свет необычный сплав осмия и рутения. Тем самым учёные показали, что новый метод позволяет создавать материалы с интересными свойствами.

"Нанокристаллометрия хороша тем, что она позволяет выращивать кристаллы длиной 15 Ангстрем, — говорит глава исследовательской группы профессор Питер Сэдлер (Peter Sadler). – Если бы для одного наноустройство нам нужно было бы использовать миллион атомов осмия, то мы бы могли из одного грамма этого металла создать 400 тысяч таких устройств для каждого жителя планеты".

Методика поможет рассмотреть рост самых разных кристаллов, а также выяснить, как создать кристаллы с нужными свойствами, которые пригодятся для использования в различных областях. Деформируя кристаллы, можно будет создавать нужные дефекты в них, которые подарят неожиданные свойства.

Что касается минусов технологии, то основным является высокая реакционная способность кристаллов. Без стабилизирующей оболочки материал будет продолжать присоединять к себе другие частицы, а значит, расти и становиться менее активным. Полезные свойства будут быстро меняться с течением времени, а потом могут и вовсе исчезнуть.

Тем не менее, по словам Барри, непокрытые островки высокореакционных кристаллов на графеновой сетке могут быть по-своему полезны. Они могут пригодиться в обнаружении газов или токсичных веществ, в нанокатализе.

Научная работа группы Сэдлера была опубликована в журнале Nature Communications.

Также по теме:
Новый материал может стать квантовой памятью будущего
Жидкие кристаллы с бактериями стали новой формой активного вещества
Роботы-муравьи помогут в производстве сложных структур и электроники
Наномоторами впервые удалось управлять внутри живых клеток
Атомы бора образовали тройную связь и вступили в элитный клуб