Anna Llordés, un chimico presso la Molecular Foundry del Lawrence Berkeley National Laboratory, cerca semplice, modi economici per realizzare materiali "intelligenti" che risparmiano o immagazzinano energia. Un modo in cui lei e i suoi colleghi lo fanno è combinando ossidi metallici che hanno proprietà desiderabili.

Quello che non sanno è come agiranno questi materiali in combinazione:il composito risultante manterrà le strutture e le proprietà desiderabili dei suoi singoli ingredienti? Gli ingredienti si influenzeranno a vicenda, nel bene o nel male? E come può dire cosa sta realmente succedendo?

È qui che entra in gioco la Beam Line 11-3 presso la Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) di SLAC.

"11-3 è una linea di luce davvero importante per noi quando sviluppiamo un nuovo materiale, " Ha detto Llordés. "Permette una valutazione rapida ma dettagliata della struttura cristallina dei film sottili".

Prendere, Per esempio, una delle loro ultime scoperte:un nuovo tipo di pellicola intelligente trasparente che può essere applicata a una lastra di vetro di una finestra per controllare la quantità di luce solare o calore che entra in una stanza, riducendo così i costi dell'energia elettrica. Questi film hanno proprietà "elettrocromiche", il che significa che la quantità di luce solare che lasciano passare può essere modificata applicando una tensione. La capacità di filtrare selettivamente diverse lunghezze d'onda della luce è uno sviluppo nuovo e faticosamente conquistato in quella che viene chiamata la tecnologia "finestra intelligente".

Llordés e i suoi collaboratori hanno creato questo particolare film combinando nanocristalli di ossido di indio drogato con stagno (ITO), che assorbe l'energia infrarossa, con vetro all'ossido di niobio, che scherma la luce visibile.

Ciò che è stato sorprendente, lei disse, era la sinergia tra i due materiali. "Quando i nanocristalli ITO si legano all'ossido di niobio vetroso, ottieni proprietà migliori di quanto ti aspetteresti, " ha detto. In particolare, l'ossido di niobio è molto migliorato come rivestimento per finestre:è cinque volte migliore nel bloccare la luce rispetto all'ossido di niobio senza nanocristalli. Inoltre, il materiale composito resiste meglio a ripetuti cicli on-off.

Ma perché il grande miglioramento? E quale ricetta di nanocristalli in vetro ha prodotto il miglior film?

Per scoprirlo, Llordés ha utilizzato una tecnica chiamata diffrazione di raggi X a incidenza radente sulla linea del fascio 11-3 per studiare le strutture dei film che erano stati elaborati a temperature comprese tra 400°C e 650°C. Ha scoperto che il film con le migliori qualità si forma tra 400°C e 500°C.

Ha anche scoperto che il film è una matrice vetrosa che in realtà incorpora i nanocristalli ITO nella sua struttura, invece di semplicemente intrappolarli come impurità. Le molecole di vetro si legano ai nanocristalli, modificando la struttura del vetro e influenzandone le proprietà. È questo legame che rende l'intero film così drammaticamente migliore della somma delle sue parti.

"Il lavoro su 11-3 ci ha aiutato a dimostrare che avevamo un materiale composito davvero unico, "Llordés ha detto, e durante il suo ultimo viaggio alla linea di luce, ha studiato materiali che sono ancora più facili e più efficienti dal punto di vista energetico da produrre.

Trovare nuovo, materiali utili che sono efficienti dal punto di vista energetico da produrre è il suo interesse trainante, disse Llordés, Beamline 11-3 la aiuta a farlo.

Ma SSRL ha un altro significato per lo spagnolo nativo, anche.

"Quando sono venuto qui per la prima volta tre anni fa, le persone di SSRL sono state molto disponibili e accoglienti, " ha detto. "Hanno spiegato come eseguire gli esperimenti, ed erano sempre aperti, divertente e pronto a parlare di scienza.

"Sono sempre felice quando ho bisogno di venire in SSRL."