Le proprietà magnetiche uniche dei nanofili di fosfuro di cobalto li rendono utili come futuri componenti di dispositivi ad alte prestazioni. A differenza dei materiali sfusi, questi cristalli allungati ultrapiccoli sono costituiti da strutture a dominio singolo che spiegano il loro superparamagnetismo, un magnetismo indotto dalla temperatura che sorge in un campo magnetico. Per mantenere e sfruttare appieno questo comportamento, gli scienziati devono generare materiali composti da blocchi di costruzione posizionati e orientati con precisione. Tali sovrastrutture sono ora disponibili, grazie allo sviluppo di un metodo che utilizza le variazioni di temperatura per allineare i singoli nanofili. Ming-Yong Han dell'A*STAR Institute of Materials Research and Engineering, Sinapore, ha condotto la ricerca.

Gli attuali approcci di autoassemblaggio dei nanocristalli comportano la deposizione di una sospensione di cristalli su una superficie solida, e poi facendo evaporare lentamente il solvente. Teoricamente, l'evaporazione aumenta le forze di attrazione relativamente deboli che esistono tra i nanocristalli, costringendoli ad allinearsi. Però, alti gradi di allineamento delle strutture anisotrope, quelle che mostrano proprietà fisiche dipendenti dalla direzione, rimangono difficili da raggiungere.

"Abbiamo seguito un percorso distinto dall'approccio di evaporazione lenta, " dice Han. La strategia del suo team ha seguito principi simili a quelli usati nella sintesi chimica. Primo, hanno fatto reagire un derivato del cobalto con il precursore del fosfuro triottilfosfina (TOP) ad alta temperatura. Questo ha prodotto nanofili con rivestimento TOP. Prossimo, hanno immagazzinato la soluzione in cui si sono formati i nanofili a varie temperature. Questi depositi, o "invecchiamento", temperature prodotte più grandi, sovrastrutture ben definite con diversi allineamenti.

Il lavaggio dei nanofili senza quest'ultimo passaggio ha comportato disposizioni casuali o piccoli assemblaggi. Dopo raffreddamento e invecchiamento della miscela di reazione a temperatura ambiente per due ore, il team ha osservato sovrastrutture composte da quasi un milione di nanofili verticali. In questa disposizione, ogni nanofilo era circondato da altri sei a nido d'ape. Una volta raffreddati a temperatura ambiente e poi refrigerati, la miscela di reazione ha prodotto fogli estesi di nanofili allineati uno accanto all'altro orizzontalmente.

Le sovrastrutture hanno resistito a qualsiasi temperatura elevata, ultrasuoni, o trattamento con solventi organici, indicativo di forti forze coesive tra i nanofili. Ulteriori indagini hanno rivelato che, durante l'autoassemblaggio, le molecole TOP continuamente adsorbite e desorbite dai nanofili, portandoli a stretto contatto. Ciò ha causato la formazione di legami chimici irreversibili tra i nanocristalli, facilitando e migliorando il loro allineamento.

Il team sta attualmente testando le prestazioni delle sovrastrutture rispetto a quelle dei nanofili orientati casualmente per esplorare il loro potenziale utilizzo come sensori o componenti elettrici chiamati induttori. "Stiamo anche cercando di estendere questa metodologia per autoassemblare altri sistemi, con la speranza di stabilire un metodo più universale per allineare i nanocristalli anisotropi, "aggiunge Han.