Автор: AZoNano

Кристаллы можно увидеть во многих повседневных предметах: кубики льда, снежинки, драгоценные камни, поваренная соль – вот несколько примеров. Не видимыми невооруженным глазом, но имеющие особое значение для исследователей, являются кристаллические «нанопроволоки» – провода диаметром всего несколько нанометров и обычной длиной микрометра.

В основном в форме стержня, эти провода являются привлекательной областью глобальных исследований благодаря их многочисленным перспективным применениям, таким как полупроводники и миниатюрные оптоэлектронные и оптические устройства.

Как упоминалось в недавней статье Nature исследователи из Центра наноразмерных материалов (CNM), Научно-исследовательского центра Министерства энергетики США, расположенного в Аргоннской национальной лаборатории, сыграли решающую роль. роль в открытии ДНК-подобной закрученной кристаллической структуры, разработанной с нанопроволокой из сульфида германия, также называемой «материалом Ван-дер-Ваальса». Исследование было проведено в сотрудничестве с Калифорнийским университетом в Беркли и Национальной лабораторией Лоуренса в Беркли

. ]

Спиральная ДНК-подобная структура формируется естественным образом, придавая нанопроводу «твист Эшелби». Соавтор Jie Wang, бывший ученый-материаловед из CNM (в настоящее время в Thorlabs, Inc.), объяснил, что слово «твист Эшелби» »Придумано от имени его первооткрывателя Джона Эшельби.

Как научный сотрудник, работавший в Университете Иллинойса в Урбана-Шампейн в 1950-х годах, Эшелби выполнил критический теоретический анализ «винтовой дислокации» в тонком стержне. Соединяя эффект с кристаллами, Ван заметил, что «винтовая дислокация возникает, когда напряжение прикладывается к форме стержня, в которой атомы перестраиваются по спиральной схеме».

При применении к нанопроводу сульфида германия это скручивание делает его вытянутым и расширяющимся в спиральную структуру.

Удивительно, что эти неорганические нанопроволоки сульфида германия так близко напоминают органическую структуру ДНК. Природа создает замечательные структуры за пределами нашего воображения.

Цзяньго Вэнь, соавтор исследования и материаловед, CNM

Не менее важным, добавил ученый CNM и соавтор Dafei Jin, было открытие, что наноструктура автоматически распадается на сегменты, которые выглядят как спирально сложенные кирпичи. Эти подобные кирпичу сегменты возникают в результате разряда энергии, когда диаметр проволоки увеличивается от десятков нанометров до микрометров.

«Обнаруженный поворот Эшелби здесь предлагает новый способ создания наноматериалов», сказал Ван. «Мы можем адаптировать эти нанопроволоки многими различными способами – периоды кручения от двух до двадцати микрометров, длины до сотен микрометров и радиальные размеры от нескольких сотен нанометров до примерно десяти микрометров».

Таким образом, ученые могут изменять оптические и электрические свойства нанопроволоки, чтобы повысить производительность для различных применений.

Это важное открытие материалов . Мы рады, что с помощью просвечивающего электронного микроскопа высокого разрешения CNM выяснили, какие дислокационные структуры заставляют нанопроволоки иметь поворот Эшелби.

Цзяньго Вэнь, соавтор исследования и материаловед, CNM

Исследование ученых, проиллюстрированное выше, было опубликовано в выпуске Nature от 20 июня ^{и озаглавлено «Винтовые кристаллы Ван-дер-Ваальса с дискретным поворотом Эшелби». Авторы – Инь Лю, Цзе Ван, Су Чжун Ким, Хао Сун, Фуи Ян, Цзысуань Фан, Нобумичи Тамура, Руопенг Чжан, Сяохуэй Сун, Цзяньго Вэнь, Бо З. Сюй, Майкл Ван, Шурень Лин, Цинь Ю, Кайл Б. Том, Ян Дэн, Джон Тернер, Эмори Чан, Дафей Джин, Роберт О. Ричи, Эндрю М. Майнор, Дэрил К. Хрзан, Мэри С. Скотт и Цзе Яо.}

Этому исследованию помогло Управление фундаментальных энергетических наук Министерства энергетики США, и оно было проведено частично в Центре наноразмерных материалов Аргонны.

Источник: https://www.anl.gov