Ett internationellt team av forskare från Oxford, Diamant, och Turin, har visat den nya användningen av synkrotronstrålning infraröd (SRIR) reflektivitetsexperiment (Figur 1), att mäta de komplexa och bredbandiga dielektriska egenskaperna hos metall-organiska ramverk (MOFs) material. Öppna ramverksföreningar som MOF har potential att revolutionera området lågk-dielektrik, på grund av deras inställbara porositet i kombination med en enorm kombination av fysikalisk-kemiska egenskaper som inte finns i konventionella system. Vidare, nästa generations optiska IR-sensorer och höghastighets terahertz (THz) kommunikationsteknologier kommer att kunna dra nytta av en förbättrad förståelse för de grundläggande struktur-egenskapsrelationerna som ligger till grund för nya THz dielektriska material.

Den dielektriska karakteriseringen av MOF är utmanande, hittills, med mycket begränsade experimentella data tillgängliga för att vägleda optimal materialdesign och målinriktad syntes av önskade material. Forskning om MOF-dielektrik är i sin linda. Å ena sidan, endast ett fåtal experimentella studier kan hittas i litteraturen begränsade antingen till det statiska dielektriska beteendet, eller, begränsad endast till den lägre frekvensområdet (kHz-MHz). Å andra sidan, teoretiska beräkningar av de dielektriska egenskaperna hos ett antal MOF-strukturer har rapporterats, men det saknas direkt experimentell data för att validera de förutsagda resultaten. Huvudsakligen, detta beror på de experimentella barriärer som möter för att uppnå korrekt kvantifiering, analys, och tolkning av MOF-dielektriska egenskaper.

Teamet ledd av professor Jin-Chong Tan från Institutionen för ingenjörsvetenskap i Oxford har publicerat ett par artiklar i Journal of Physical Chemical Letters ( JPCL ), rapporterar den fullständiga karakteriseringen av aktuella exemplar av MOF-dielektrik. Utvecklad i samarbete med MIRIAM beamline (B22)-teamet ledd av Dr Gianfelice Cinque på Diamond, denna nya implementering av spegelreflektansmetoden i IR och THz erbjuder enkel tillgång för att mäta de komplexa dielektriska funktionerna hos polykristallina MOF-prover (Figur 2). Dessa papper visar bestämningen av IR- och THz-frekvensberoende dielektrisk respons hos representativa MOF-föreningar, ger systematisk bredbandsdata, överbrygga mikron (nära-IR) till millimeter (THz) våglängdsregimer. Betydligt nog, detta har uppnått tre storleksordningar i termer av energinivåer, som omfattar eV- och meV-områdena. Vidare, bredbandsdatan användes för att fastställa de struktur-dielektriska egenskapsrelationerna som en funktion av ramverkets porositet, och, att studera den underliggande strukturella utvecklingen föremål för en tryckstimulans.