Samarbete med kemister, fysiker och materialforskare vid University of Pennsylvania har skapat en enkel och billig metod för att snabbt odla membran av centimeterskal av binära nanokristall superlatt, eller BNSL, genom att kristallisera en blandning av nanokristaller på en flytande yta.

Studien visar ett nytt och spontant sätt att odla långdistansbeställda BNSL-membran med noggrann kontroll av nanokristallstorlek, form och koncentration genom att kombinera två typer av nanokristaller och montera dem under ett torkningssteg vid ytan av en vätska under normala förhållanden.

Metoden övervinner flera begränsningar av de befintliga monteringsstrategierna och ger stora, fristående membran som kan överföras till vilket önskat substrat som helst som kiselskivor, glasskivor och plastunderlag, tillåta att nanokryatallinfilmerna introduceras vid vilket som helst steg i anordningens tillverkningsprocess.

Teamet visade potentialen för att integrera dessa nya material genom att odla millimeterskaliga supergittermembran som innehåller järnoxid-nanokristaller av två olika storlekar och införliva membranen i magnetoresistiva enheter. Mätningar visade att magnetoresistansen hos den resulterande anordningen var beroende av strukturen hos BNSL och därför kontrollerbar.

De fysiska egenskaperna i dessa nanokristaller - kristallina byggstenar i nanometerstorlek - erbjuder en modern twist på studierna av gränssnittsmontering som når så långt tillbaka som Penn -grundaren Benjamin Franklin och hans studier av olja som sprider sig på vatten på 1770 -talet.

Enskilda och flerkomponentiga nanokristallfilmer är redan under intensiv utredning av forskare som möjliggör ny optisk teknik som sträcker sig från billiga solceller, ljusemitterande dioder och fotodetektorer och även i elektroniska system som inkluderar fälteffekttransistorer och termoelektriska kylare och generatorer och magnetteknik som inkluderar magnetiska inspelningsmaterial och magnetiska sensorer och till och med som skräddarsydda elektrokatalytiska och fotokatalytiska filmer.

Sammanställning av två typer av nanokrytaler i BNSL ger en låg kostnad, modulär väg för att programmera självmontering av material med en exakt kontrollerad kombination av egenskaper. Framsteg i dessa komplexa gränssnittssammansättningar och förbättringar i överföringen av enkomponent-nanokristallmembran under de senaste åren har ökat förväntan på att denna kontroll kan utvidgas till mycket mer komplexa system.

Denna Penn-studie fastställer en väg till fristående BNSL-membran med stort område med den extra förmågan att laminera dem på valfritt godtyckligt substrat.

"I grunden växande BNSL på en flytande yta kommer att belysa mekanismerna för flerkomponent nanokristallmontering, som är avgörande för nya koncept inom självmonteringsbaserad nanotillverkning, "sa Christopher B. Murray, Richard Perry University professor i kemi och materialvetenskap och teknik vid Penn.

Forskningen, finansierad av U.S. Army Research Office och ett National Science Foundation Materials Research Science and Engineering Centers Award, publiceras i veckans Natur .

Befintliga strategier för odling av BNSL innebär en mer komplex process för avdunstning av en två-nanokristallösning på ett fast underlag under noggrant reglerad temperatur och tryck som påverkar BNSL-bildning. Metoden har flera begränsningar, framför allt ett begränsat val av substrat, kärnbildning av oregelbunden mikrometerstorlek, isolerade öar av BNSL på substraten och en oförmåga att överföra dem när de väl bildats.

"Med tanke på att denna nya monteringsstrategi är allmän för olika nanokristallkombinationer, vi räknar med att membran av kvasikristallina BNSL och ternära nanokristall superlattices också kommer att odlas med denna metod, kraftigt utvidga de system som kan utforskas "sa Murray." Vår dröm är att programmera organisering av material på alla längder skalor för nanometer till millimeter kombinerar de önskvärda fysiska egenskaper flera nanoskala system. I grunden är vi fokuserade på att identifiera, förstå och optimera nya synergistiska interaktioner i nanomaterial och utnyttja dessa framväxande egenskaper i nya enheter och system. "