Crescita di materiali cristallini costituiti da nanometri

May 01, 2023

Primi approfondimenti sul cristallo ingegneristico la crescita mediante nanocluster metallici atomicamente precisi è stata ottenuta in uno studio condotto da ricercatori a Singapore, Arabia Saudita e Finlandia. Il lavoro è stato pubblicato su Nature Chemistry.

La materia solida ordinaria è costituita da atomi organizzati in un reticolo cristallino. Il carattere chimico degli atomi e la simmetria reticolare definiscono le proprietà della materia, ad esempio se si tratta di un metallo, di un semiconduttore o di un isolante elettrico. La simmetria reticolare può essere modificata da condizioni ambientali come la temperatura o l'alta pressione, che possono indurre transizioni strutturali e trasformare anche un isolante elettrico in un conduttore elettrico, cioè un metallo.

Entità identiche più grandi come nanoparticelle o nanocluster metallici atomicamente precisi possono anche organizzarsi in un reticolo cristallino, per formare i cosiddetti metamateriali. Tuttavia, le informazioni su come progettare la crescita di tali materiali dai loro elementi costitutivi sono scarse poiché la crescita dei cristalli è un tipico processo di autoassemblaggio.

Ora, in uno studio condotto da ricercatori di Singapore, Arabia Saudita e Finlandia, sono state ottenute le prime informazioni sulla crescita dei cristalli ingegnerizzati mediante nanocluster metallici atomicamente precisi. Hanno sintetizzato cluster metallici costituiti da soli 25 atomi d'oro, un nanometro di diametro. Questi cluster sono solubili in acqua grazie alle molecole di ligando che proteggono l'oro. È noto che questo materiale a grappolo si autoassembla in cristalli singoli ben definiti e ravvicinati quando il solvente acquoso viene evaporato. Tuttavia, il ricercatore ha trovato un nuovo concetto per regolare la crescita dei cristalli aggiungendo ioni molecolari di tetra-alchil-ammonio nel solvente. Questi ioni influenzano la chimica superficiale dei cluster d'oro e si è osservato che le loro dimensioni e concentrazione hanno un impatto sulla dimensione, forma e morfologia dei cristalli formati. Sorprendentemente, le immagini al microscopio elettronico ad alta risoluzione di alcuni cristalli hanno rivelato che sono costituiti da catene polimeriche di cluster con collegamenti interparticellari di quattro atomi d’oro. La chimica superficiale dimostrata apre ora nuove strade per progettare metamateriali basati su cluster metallici per lo studio delle loro proprietà elettroniche e ottiche.

- Il presente comunicato stampa è stato originariamente pubblicato sul sito web dell'Università di Jyväskylä