Japanska forskare har snubblat på en enkel metod för att kontrollera införandet av defekter, kallas 'vakanslager, "till perovskitoxynitrider, vilket leder till förändringar i deras fysiska egenskaper. Tillvägagångssättet, publicerad i tidningen Naturkommunikation , kan hjälpa till med utvecklingen av fotokatalysatorer.

Oxynitrider är oorganiska föreningar bildade av syre, kväve och andra kemiska element. De har fått stor uppmärksamhet under de senaste åren på grund av deras intressanta egenskaper, med applikationer i optiska enheter och minnesenheter, och vid fotokatalytiska reaktioner, till exempel.

År 2015, fasttillståndskemisten Hiroshi Kageyama från Kyoto University's Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) och hans team rapporterade att de hittade ett sätt att tillverka oxynitrider med en lägre temperatur ammoniakbehandlingsprocess än den konventionella metoden som kräver mer än 1, 000 grader C). Den nya processen producerade ett polykristallint pulver med lager av saknade syreatomer, kallas syre-vakansplan.

Teamet ville undersöka de fysikaliska egenskaperna hos denna oxynitrid, så de odlade den som en enda kristall tunn film på ett underlag. "Men syre-vakansskikten i den resulterande filmen var i ett annat plan än det ursprungliga pulvret, "Säger Kageyama. De undrade om det underliggande substratet påverkade orienteringen av syreflödeskikten.

Teamet odlade en film av strontiumvanadiumoxid (SrVO ₃ ) på olika underlag och behandlade det i ammoniak vid en låg temperatur på 600 grader C. Planet för syreflödeskikten och deras periodicitet - hur ofta de förekommer i filmens andra lager - förändrades beroende på graden av fel matchning mellan 'gitteret' stammar i underlaget och den överliggande filmen. Gitterstam är en kraft som appliceras av substratet som gör att atomerna i ett material förskjuts något i förhållande till deras normala position.

"Även om fasta kemister har känt att syre-defektplan spelar en viktig roll för att förändra egenskaperna hos oxider, såsom att framkalla supraledning, vi har inte kunnat kontrollera deras bildning tidigare, "Säger Kageyama.

Oxider syntetiseras vanligtvis med högtemperaturreaktioner, gör det svårt att kontrollera sina kristallstrukturer. Att använda en lägre temperatur och belastning i detta experiment var nyckeln till framgång.

"Vårt team utvecklade en metod för att skapa och kontrollera riktningen och periodiciteten för syre-vakansskikten i tunnfilmoxider helt enkelt genom att applicera stam, "Säger Kageyama." Eftersom töjningsenergin är enormt stor, så stor som tusentals grader Celsius, vi kan använda den för att stabilisera nya strukturer som inte annars bildas. "

Kageyama säger att det skulle vara intressant att undersöka hur förändringar i tjockleken på oxidfilmen, eller reaktionstemperatur och tid, kan också påverka orienteringen och periodiciteten av syre-vakansskikten.