Questa figura mostra i campioni di copolimero a blocchi (sinistra) e omopolimero (destra). Lo sfondo di entrambe le figure è un'immagine di microscopia elettronica a trasmissione che mostra che il copolimero a blocchi è costituito da domini nanoscopici visualizzati come un modello a nido d'ape di cilindri ricchi di cobalto mentre l'omopolimero non è strutturato ma contiene piccole particelle di cobalto mostrate in nero. Piccole particelle di cobalto simili sono presenti nel copolimero a blocchi ma non sono facilmente osservabili a causa della sovrastruttura del copolimero a blocchi nanoscopico. La struttura chimica di entrambi i polimeri è anche mostrata insieme a campioni di polvere dei due materiali. Il copolimero a blocchi è attratto dalla barra magnetica bianca mostrata nella fotografia mentre il campione di omopolimero non magnetico non ha tale attrazione. Credito:foto prodotta da Tew Research Group presso l'Università del Massachusetts Amherst
Scienziati dell'Università del Massachusetts Amherst riferiscono di aver progettato per la prima volta un metodo molto più semplice che mai per preparare materiali magnetici ordinati, accoppiando proprietà magnetiche alla formazione di nanostrutture a basse temperature.
Il processo innovativo consente loro di creare materiali ferromagnetici a temperatura ambiente che sono stabili per lunghi periodi in modo più efficace e con meno passaggi rispetto ai metodi esistenti più complicati. L'approccio è delineato dallo scienziato di polimeri di UMass Amherst Gregory Tew e dai suoi colleghi nel numero del 27 settembre di Comunicazioni sulla natura .
Tew spiega che il miglioramento della firma del suo gruppo è un metodo in un solo passaggio per generare materiali magnetici ordinati basati su nanostrutture di cobalto codificando un copolimero a blocchi con le informazioni chimiche appropriate per auto-organizzarsi in domini nanoscopici. I copolimeri a blocchi sono costituiti da due o più subunità monopolimeriche legate da legami chimici covalenti.
Il nuovo processo fornisce proprietà magnetiche ai materiali dopo aver riscaldato il campione una volta a una temperatura relativamente bassa, circa 390 gradi (200 gradi Celsius), che li trasforma in temperatura ambiente, materiali completamente magnetici. La maggior parte dei processi precedenti richiedeva temperature molto più elevate o più fasi di processo per ottenere lo stesso risultato, che aumenta i costi, dice Tew.
Aggiunge, "Le piccole particelle di cobalto non dovrebbero essere magnetiche a temperatura ambiente perché sono troppo piccole. Tuttavia, la nanostruttura del copolimero a blocchi li confina localmente, il che apparentemente induce interazioni magnetiche più forti tra le particelle, producendo materiali ferromagnetici a temperatura ambiente che hanno molte applicazioni pratiche."
"Fino ad ora, non è stato possibile produrre ordinati, materiali magnetici tramite copolimeri a blocchi in un processo semplice, " Tew dice. "I metodi attuali richiedono più passaggi solo per generare i materiali magnetici ordinati. Hanno anche un'efficacia limitata perché potrebbero non mantenere la fedeltà del copolimero a blocchi ordinato, non possono confinare i materiali magnetici a un dominio del copolimero a blocchi, o semplicemente non producono materiali fortemente magnetici. Il nostro processo risponde a tutte queste limitazioni".
I materiali magnetici sono utilizzati in tutto, dai dispositivi di archiviazione di memoria nei nostri telefoni e computer alle strisce dati sulle carte di debito e di credito. Tew e colleghi hanno scoperto un modo per costruire copolimeri a blocchi con le informazioni chimiche necessarie per auto-organizzarsi in strutture nanoscopiche sottili un milionesimo di millimetro, o circa 50, 000 volte più sottili dei capelli umani medi.
Studi precedenti hanno dimostrato che i copolimeri a blocchi possono essere organizzati su aree relativamente grandi. Ciò che rende i risultati del gruppo di ricerca UMass Amherst così intriganti, Tew dice, è il possibile accoppiamento dell'organizzazione a lungo raggio con proprietà magnetiche migliorate. Ciò potrebbe tradursi in uno sviluppo a basso costo di nuovi supporti di memoria, dispositivi magnetoresistivi giganti e dispositivi spintronici futuristici che potrebbero includere computer "istantanei" o computer che richiedono molta meno energia, fa notare.
Aggiunge, "Anche se c'è ancora del lavoro da fare prima che vengano abilitate nuove applicazioni di archiviazione dei dati, ad esempio rendendo i magneti più duri, il nostro processo è altamente sintonizzabile e quindi modificabile per incorporare diversi tipi di precursori metallici. Questo risultato dovrebbe essere interessante per ogni scienziato in nanotecnologia perché mostra in modo conclusivo che il nano-confinamento porta a proprietà completamente nuove, in questo caso materiali magnetici a temperatura ambiente."
"Il nostro lavoro evidenzia l'importanza di imparare a controllare la nanostruttura di un materiale. Dimostriamo che la nanostruttura è direttamente correlata a un risultato importante e pratico, questo è, la capacità di generare magneti a temperatura ambiente."
"Il nostro lavoro evidenzia l'importanza di imparare a controllare la nanostruttura di un materiale. Dimostriamo che la nanostruttura è direttamente correlata a un risultato importante e pratico, questo è, la capacità di generare magneti a temperatura ambiente." Come parte di questo studio, il team di UMass Amherst ha anche dimostrato che l'uso di un copolimero a blocchi o di un materiale nanoscopico produce un materiale magnetico a temperatura ambiente. Al contrario, utilizzando un omopolimero, o materiale non strutturato, porta solo a materiali non magnetici o parziali molto meno utili.
