Gli scienziati giapponesi si sono imbattuti in un metodo semplice per controllare l'introduzione di difetti, chiamati "strati di posti vacanti, " in ossinitruri di perovskite, portando a cambiamenti nelle loro proprietà fisiche. L'approccio, pubblicato sulla rivista Comunicazioni sulla natura , potrebbe aiutare nello sviluppo di fotocatalizzatori.

Gli ossinitruri sono composti inorganici formati da ossigeno, azoto e altri elementi chimici. Hanno guadagnato molta attenzione negli ultimi anni per le loro interessanti proprietà, con applicazioni in dispositivi ottici e di memoria, e nelle reazioni fotocatalitiche, Per esempio.

Nel 2015, Il chimico dello stato solido Hiroshi Kageyama dell'Istituto per le scienze integrate dei materiali cellulari (iCeMS) dell'Università di Kyoto e il suo team hanno riferito di aver trovato un modo per fabbricare ossinitruri utilizzando un processo di trattamento dell'ammoniaca a temperatura più bassa rispetto al metodo convenzionale che richiede più di 1, 000 gradi C). Il nuovo processo ha prodotto una polvere policristallina con strati di atomi di ossigeno mancanti, noti come piani di ossigeno-vacanza.

Il team ha voluto esaminare le proprietà fisiche di questo ossinitruro, così lo hanno cresciuto come un film sottile di cristallo singolo su un substrato. "Ma gli strati di ossigeno vuoto nel film risultante erano su un piano diverso rispetto alla polvere originale, " Dice Kageyama. Si chiedevano se il substrato sottostante influenzasse l'orientamento degli strati di ossigeno vuoto.

Il team ha sviluppato un film di ossido di stronzio vanadio (SrVO ₃ ) su diversi substrati e lo ha trattato in ammoniaca a una temperatura bassa di 600 gradi C. Il piano degli strati vuoti di ossigeno e la loro periodicità - la frequenza con cui compaiono all'interno degli altri strati del film - cambiavano a seconda del grado di mancata corrispondenza tra il "reticolo" ceppi' nel substrato e nel film sovrastante. La deformazione reticolare è una forza applicata dal substrato che fa spostare leggermente gli atomi in un materiale rispetto alla loro posizione normale.

"Anche se i chimici allo stato solido hanno saputo che i piani con difetto di ossigeno svolgono un ruolo importante nel modificare le proprietà degli ossidi, come indurre la superconduttività, non siamo stati in grado di controllare la loro formazione prima, " dice Kageyama.

Gli ossidi sono tipicamente sintetizzati usando reazioni ad alta temperatura, rendendo difficile il controllo delle loro strutture cristalline. L'uso di una temperatura e di una tensione più basse in questo esperimento è stata la chiave del successo.

"Il nostro team ha sviluppato un metodo per creare e controllare la direzione e la periodicità degli strati di ossigeno-vacanza negli ossidi a film sottile semplicemente applicando una tensione, " dice Kageyama. "Poiché l'energia di deformazione è enormemente grande, grande quanto migliaia di gradi Celsius, siamo in grado di usarlo per stabilizzare nuove strutture che altrimenti non si formerebbero".

Kageyama dice che sarebbe interessante studiare come cambia lo spessore del film di ossido, o la temperatura e il tempo di reazione, potrebbe anche influenzare l'orientamento e la periodicità degli strati di ossigeno-vacanza.