(Phys.org) — Den ultimata drömmen som går i uppfyllelse för materialforskare är att ha förmågan att tillverka material som kan anta egenskaper och beteenden för att bäst passa våra behov. Nya material kan ge effektiva sätt att fånga upp solenergi och hjälpa oss att avsevärt utveckla hur motorer, generatorer och andra enheter som är avgörande för att förbättra våra energibehov tillverkas.

Men vetenskapsmän måste först verkligen förstå egenskaperna hos klustersammansättning genom det individuella klustret. Dock, det är lite som att försöka tyda en symfoni genom att bara lyssna på slagverket. Det har varit gåtan med att flytta fältet framåt.

Nu, tack vare arbetet från ett team av forskare från Virginia Commonwealth University, Pennsylvania State University och University of California, Los Angeles, materialforskare kommer att ha större insikt i de organiseringsprinciper som möjliggör design av nanoskopiska material med specifik bandgapenergi. Bandgapenergi hänvisar till den minsta ljusenergi som materialet kan absorbera.

Klustersammansatta material är fasta ämnen som är konstruerade av kluster – små nanopartiklar med några till några dussin atomer. Genom att tillverka dessa material med olika länkar, monteringen kan göras till separata kluster, kedjor av kluster, ark av kluster och tredimensionella gitter av kluster. Genom att ändra dessa länkar, den lägsta energifärgen på ljus som materialet kan absorbera kan ändras från djupt infrarött till grönt.

Denna forskning förklarar hur länkarna interagerar med klustret och vad som bestämmer färgen på materialet.

"Fynden hjälper till att uppfylla den ultimata drömmen inom materialvetenskap, nämligen, förmågan att syntetisera nya material som inte redan existerade i naturen som kan utföra funktioner för att tillfredsställa våra växande behov, " sa huvudutredaren Shiv N. Khanna, Ph.D., professor vid institutionen för fysik vid VCU College of Humanities and Sciences.

Enligt Khanna, att utveckla ett material med lämpligt bandgap som kommer att absorbera flera våglängder kommer att maximera effektiviteten vid vilken solenergin kan absorberas. Solljus täcker ett brett spektrum av våglängder med den maximala energivåglängden på cirka 4950 Å.

"Principerna som utvecklats genom den aktuella studien erbjuder ett allmänt tillvägagångssätt för syntes av material med kontrollerbara funktioner, sade Arthur Reber, Ph.D., forskningsdocent vid VCU Institutionen för fysik, som samarbetade i studien med Khanna.

"Som ett exempel, vi har just visat hur nya magnetiska fasta ämnen kan syntetiseras genom att sätta ihop utvalda nanopartiklar. Dessa fasta ämnen har potentiella tillämpningar i motorer, generatorer och andra enheter som är kritiska för energibehov, sa Khanna.

Teamet vidareutvecklar nu sina idéer för att demonstrera applikationer inom optisk, katalytiska och magnetiska material.

Forskarna genomförde en serie teoretiska beräkningar och första principer för elektroniska strukturundersökningar, samlade in röntgendata och utförde datormodellering.

Studien publicerades nyligen i Redovisningar för kemisk forskning , en tidskrift från American Chemical Society. Studien heter, "Kontrollera bandgapenergin för klustersammansatta material."