Bilim adamları, iki veya daha fazla elementten oluşan yeni kristal malzemeleri keşfetmek ve sentezlemek için yeni bir teknik geliştirdiler. Bu malzemelerin parçacık hızlandırıcılar, MRI, kuantum hesaplama ve enerji verimliliği dahil olmak üzere güç, ulaşım ve mikroelektronik alanlarında potansiyel kullanımları vardır.
Araştırmacılar pillerde, mıknatıslarda kullanılmak üzere yeni malzemeler oluşturmak için bir yöntem keşfettiler. ve mikroelektronik.
En yetenekli sanatçılar, yalnızca birkaç farklı boya rengi kullanarak türünün tek örneği bir şaheser yaratabilir. Bunu, ilhamı, geçmiş sanatsal bilgileri ve stüdyoda yıllarca çalışarak öğrendikleri ilkeleri kullanarak başarırlar.
Kimyacılar, yeni bileşikler geliştirirken benzer bir süreç kullanırlar. ABD Enerji Bakanlığı’nın Argonne Ulusal Laboratuvarı, Northwestern Üniversitesi ve Chicago Üniversitesi’nden bir araştırmacı ekibi, iki veya daha fazla element içeren kristal malzemeleri tanımlamak ve sentezlemek için yeni bir teknik geliştirdi.
“Bunu bekliyoruz. Northwestern’de kimya profesörü olan Mercouri Kanatzidis, Argonne’de ortak bir randevu ile, “Çalışmamız, egzotik özelliklere sahip yeni ve şu anda tahmin edilemeyen malzemeleri sentezlemek için kimya, malzemeler ve yoğun madde toplulukları için son derece değerli olacak” dedi.
Basit öncüden karmaşık yapıya giden reaksiyon yolu. Buradaki son ürün, sodyum, baryum, oksijen, bakır ve kükürt olmak üzere beş elementten oluşan katmanlı bir yapıdır. Kredi: Argonne Ulusal Laboratuvarı
Argonne’da postdoc ve makalenin ilk yazarı olan Xiuquan Zhou, “Buluş yöntemimiz, geleneksel olmayan süper iletkenler üzerindeki araştırmalardan ortaya çıktı” dedi. ”Bunlar, en az biri metal olmayan iki veya daha fazla element içeren katılardır. Ve farklı sıcaklıklarda elektriğin geçişine karşı direnmeyi bırakırlar – uzaydan daha soğuktan ofisime kadar her yerde.”
Son 50 yılda, bilim adamları şaşırtıcı manyetik ve manyetik özelliklere sahip pek çok alışılmadık süper iletken keşfettiler ve ürettiler. elektriksel özellikler. Bu tür malzemeler, geliştirilmiş güç üretimi, enerji iletimi ve yüksek hızlı ulaşım gibi geniş bir olası uygulama yelpazesine sahiptir. Ayrıca, geleceğin parçacık hızlandırıcılarına, manyetik rezonans görüntüleme sistemlerine, kuantum bilgisayarlarına ve enerji tasarruflu mikroelektroniklere dahil edilme potansiyeline de sahiptirler.
Ekibin buluş yöntemi, iki bileşenden oluşan bir çözümle başlar. Biri oldukça etkili bir çözücüdür. Çözeltiye eklenen herhangi bir katı madde ile çözünür ve reaksiyona girer. Diğeri çözücü kadar iyi değildir. Ancak, farklı elementlerin eklenmesi üzerine yeni bir katı üretmek için reaksiyonu ayarlamak için oradadır. Bu ayar, iki bileşenin ve sıcaklığın oranını değiştirmeyi içerir. Burada sıcaklık oldukça yüksek, 750 ila 1.300 Fahrenhayt derece arasında.
“Biz bilinen malzemeleri daha iyi hale getirmekle değil, kimsenin bilmediği veya teorisyenlerin var olduğunu hayal bile edemediği malzemeleri keşfetmekle ilgileniyoruz,” diye belirtti Kanatzidis. ”Bu yöntemle, bilinen malzemelere giden reaksiyon yollarından kaçınabilir ve bilinmeyene ve tahmin edilemeyene giden yeni yolları takip edebiliriz. . Yakın zamanda Nature’da bildirildiği gibi, keşif yöntemleri daha önce bilinmeyen 30 bileşik verdi. On tanesi daha önce hiç görülmemiş yapılara sahip.
Ekip, bu yeni bileşiklerden bazılarının tekli kristallerini hazırladı ve yapılarını UChicago’nun 15-ID-D’deki ChemMatCARS ışın hattında ve X-ray Science Division’ın 17-BM’sinde tanımladı. Argonne’daki bir DOE Office of Science kullanıcı tesisi olan Gelişmiş Foton Kaynağının -B’si. ”APS’nin ışın hattı 17-BM-B ile, reaksiyon sürecinde oluşan farklı kimyasal fazlar için yapıların evrimini takip edebildik,” dedi 17-BM-B ışın hattı bilim adamı Wenqian Xu.
“Geleneksel olarak kimyagerler, yalnızca başlangıç malzemeleri ve son ürün hakkındaki bilgilere dayanarak yeni malzemeler icat edip yaptılar” dedi Zhou. ”APS verileri, bir reaksiyon sırasında oluşan ara ürünleri de hesaba katmamıza olanak sağladı.”
Argonne’daki bir başka DOE Office of Science kullanıcı tesisi olan Nano Ölçekli Malzemeler Merkezi, önemli deneysel verilere ve teorik verilere katkıda bulundu. proje için hesaplamalar.
Yöntem hemen hemen her kristal katıya uygulanabileceğinden, bu mümkün olanın yalnızca başlangıcıdır. Birçok farklı kristal yapının üretilmesine de uygulanabilir. Bu, birden fazla istiflenmiş katmanı, bir atom kalınlığında tek bir katmanı ve birbirine bağlı olmayan molekül zincirlerini içerir. Bu tür olağandışı yapılar farklı özelliklere sahiptir ve yalnızca süper iletkenler için değil, aynı zamanda mikroelektronik, piller, mıknatıslar ve daha fazlası için geçerli olan yeni nesil malzemelerin geliştirilmesinde kilit öneme sahiptir.
Referans: “Karışık akışlar kullanan kalkojenid yapılarının ve bileşimlerinin keşfi ” yazan Xiuquan Zhou, Venkata Surya Chaitanya Kolluru, Wenqian Xu, Luqing Wang, Tieyan Chang, Yu-Sheng Chen, Lei Yu, Jianguo Wen, Maria K. Y. Chan, Duck Young Chung ve Mercouri G. Kanatzidis, 9 Kasım 2022, Nature.{ 12} DOI: 10.1038/s41586-022-05307-7
Çalışma, DOE’nin Office of Science, Temel Enerji Bilimleri programı tarafından finanse edilmiştir.