(Phys.org) —L'ultimo sogno che diventa realtà per gli scienziati dei materiali è avere la capacità di creare materiali che possano assumere proprietà e comportamenti per soddisfare al meglio le nostre esigenze. Nuovi materiali potrebbero fornire modi efficienti per catturare l'energia solare e aiutarci a far progredire in modo significativo il modo in cui i motori, vengono realizzati generatori e altri dispositivi fondamentali per migliorare il nostro fabbisogno energetico.

Ma prima gli scienziati devono comprendere veramente le proprietà dell'assemblaggio dei cluster attraverso il singolo cluster. Però, è un po' come cercare di decifrare una sinfonia ascoltando solo le percussioni. Questo è stato l'enigma nel far avanzare il campo.

Ora, grazie al lavoro di un team di scienziati della Virginia Commonwealth University, Pennsylvania State University e l'Università della California, Los Angeles, gli scienziati dei materiali avranno una visione più approfondita dei principi organizzativi che consentono la progettazione di materiali nanoscopici con una specifica energia a banda proibita. L'energia del band gap si riferisce all'energia minima della luce che il materiale può assorbire.

I materiali assemblati a grappolo sono solidi costituiti da grappoli, piccole nanoparticelle da poche a poche dozzine di atomi. Fabbricando questi materiali con collegamenti diversi, l'assemblaggio può essere effettuato in cluster separati, catene di grappoli, fogli di cluster e reticoli tridimensionali di cluster. Modificando questi linker, il colore della luce a più bassa energia che il materiale può assorbire può essere modificato dall'infrarosso profondo al verde.

Questa ricerca spiega come i linker interagiscono con il cluster e cosa determina il colore del materiale.

"I risultati aiutano a realizzare l'ultimo sogno nella scienza dei materiali, vale a dire, la capacità di sintetizzare nuovi materiali che non esistevano già in natura in grado di svolgere funzioni per soddisfare i nostri crescenti bisogni, " ha detto il capo investigatore Shiv N. Khanna, dottorato di ricerca, professore presso il Dipartimento di Fisica del VCU College of Humanities and Sciences.

Secondo Khanna, lo sviluppo di un materiale con la banda proibita appropriata che assorbirà più lunghezze d'onda massimizzerà l'efficienza con cui l'energia solare può essere assorbita. La luce solare copre un'ampia gamma di lunghezze d'onda con una lunghezza d'onda di energia massima di circa 4950 .

"I principi sviluppati attraverso il presente studio offrono un approccio generale per la sintesi di materiali con funzionalità controllabili, " disse Arthur Reber, dottorato di ricerca, professore associato di ricerca nel Dipartimento di Fisica VCU, che ha collaborato allo studio con Khanna.

"Come esempio, abbiamo appena mostrato come nuovi solidi magnetici possono essere sintetizzati assemblando nanoparticelle scelte. Questi solidi hanno potenziali applicazioni nei motori, generatori e altri dispositivi critici per il fabbisogno energetico, " ha detto Khanna.

Il team sta ora sviluppando ulteriormente le proprie idee per dimostrare applicazioni in ottica, materiali catalitici e magnetici.

Gli scienziati hanno condotto una serie di calcoli teorici e indagini sulla struttura elettronica dei primi principi, ha raccolto dati a raggi X ed eseguito la modellazione al computer.

Lo studio è stato recentemente pubblicato su Conti di ricerca chimica , una rivista dell'American Chemical Society. Lo studio è intitolato, "Controllo dell'energia del gap di banda dei materiali assemblati in cluster".