Föreställ dig att bygga en kemisk reaktor som är tillräckligt liten för att studera nanopartiklar en miljarddels meter i diameter. En miljard gånger mindre än en regndroppe är volymen av en E. coli-cell. Och ytterligare en miljon gånger mindre skulle en reaktor vara liten nog att studera isolerade nanopartiklar. Lägg därtill utmaningen att göra inte bara en av dessa små reaktorer, men miljarder av dem, alla identiska i storlek och form. Forskare vid Cornell har gjort just det.

Ett team ledd av Tobias Hanrath, docent i kemi- och biomolekylär teknik, har visat kontrollerad sammansmältning av halvledarkvantprickar i en nanoreaktorbur av rostiga partiklar.

Teamet arrangerade sex blyselenidkristaller inom en ram av järnoxidsfärer (rost). De studerade hur kvantprickarna i den "rostiga buren" i nanoskala interagerar, med hjälp av röntgenstrålar vid Cornell High Energy Synchrotron Source (CHESS). Dessa experiment gjorde det möjligt för dem att lokalisera specifika interaktioner mellan partiklar i lådan och därmed bana väg för att göra nya material med egenskaper genom design. Resultaten, som skulle kunna appliceras på andra material, publicerades i Vetenskapliga rapporter , 23 okt.

De använde CHESS för att utföra röntgenspridning på upprepade enheter av dessa rostiga lådor när de värmde upp dem, tittar på vad som händer med blyseleniden i mitten. Med spridningsdata fungerar som en högupplöst film, de kunde identifiera olika stadier av fusion av blyselenidhexamererna. Detta kan leda till insikt om att få ut specifika funktioner ur dessa föga förstådda nanomaterial. För mycket värme gjorde att blykristallerna sintrade och smälte samman; inte tillräckligt med värme drog dem inte tillräckligt nära varandra för att interagera.

Doktoranden Ben Treml ledde experimenten; han syntetiserade partiklarna och satte ihop dem till supergitter (gitter av nanokristaller, snarare än atomer). Proverna studerades vid D1-strålelinjen i CHESS med medförfattaren Detlef Smilgies, stabsforskare, som hjälpte Treml att förfina experimenten.

Resultaten verifierades med teoretisk modellering av medförfattarna Paulette Clancy, professor i kemi- och biomolekylär teknik, och postdoktor Binit Lukose.