(Phys.org)—När tvillingar tvingas dela, det kan sätta en betydande belastning på deras relation. Även om denna observation kanske inte är överraskande när det gäller barns beteende, det är mindre uppenbart när det gäller nanopartiklar.

Efter att ha tillbringat nästan ett decennium med att undersöka strukturen hos nanotrådar gjorda av rent silver, forskare vid det amerikanska energidepartementets (DOE) Argonne National Laboratory har upptäckt en uppsättning ovanliga beteenden hos nanokristaller med en ansträngd, femfaldig symmetri bildad av "twinning" i kristallstrukturen. De tvinnade kristallernas ovanliga femkantiga symmetri och komplicerade strukturer skiljer dem från de kubiska kristallina gittren som är typiska för många silvernanopartiklar.

De "tvinnade" strukturerna uppstår när angränsande domäner inom nanopartikeln ordnar sig genom att dela samma plan, sa Argonne nanoforskare Yugang Sun. Eftersom de femfaldiga tvillingstrukturerna inte perfekt fyller volymen som atomerna normalt skulle uppta i silver, det finns mycket påfrestningar i atomstrukturen eller gittret. Vanligtvis, nanopartiklar gjorda av ädelmetaller har bildat mycket symmetriska gitter i en konfiguration som kallas "ansiktscentrerad kubik"; men spänningarna i femfaldiga tvinnade nanotrådar förvränger gittren till en kroppscentrerad tetragonal symmetri.

Skillnaden mellan atomarrangemangen i nanopartiklar kan bestämma både materialets styrka och dess effektivitet som katalysator, sa Sun. "Detta är en grundläggande studie som ser på djupet i metallernas natur på den mest grundläggande nivån, " sade han. "Men, Det är viktigt att forskare förstår sådana egenskaper för att kunna utnyttja alla fördelar som dessa mycket små strukturer kan ge oss på vägen."

Sun och hans kollegor upptäckte också att gitterspänningarna absorberas ojämnt av olika delar av nanotrådarna. Mitten, han sa, uppvisar tecken på hög belastning, medan det yttre lagret inte ansträngs lika mycket. Detta beteende tyder på att varje nanotråd faktiskt består av två distinkta regioner – något som är mycket viktigt för att bestämma stabiliteten hos de mycket ansträngda nanotrådarna.

Den ovanliga strukturen hos silvernanotrådarna gör det också möjligt för materialforskare att fastställa hur spänningen fördelar sig längs en utsträckt dimension. "Detta kan svara på många frågor som finns kvar inom materialvetenskap, speciellt för denna typ av gemensamma struktur, " sa Sun.

Tidningen publicerades online i numret 24 juli av Naturkommunikation .