(Phys.org) — Troppo piccolo per essere visto, nanocristalli – minuscoli cristalli che sono almeno 1, 000 volte più piccolo del diametro di un capello umano:mostra proprietà senza precedenti che incuriosiscono scienziati e ingegneri. Per applicare questi materiali nelle nanotecnologie emergenti, gli scienziati devono comprendere meglio la loro struttura, le loro funzioni corrispondenti e il modo in cui si riuniscono.

Una collaborazione tra la Cornell High Energy Synchrotron Source (CHESS) e gli scienziati dei materiali ha fornito una maggiore comprensione dell'aspetto individuale dei nanocristalli e di come si incastrano mentre formano strutture più grandi chiamate supercristalli. Tale conoscenza potrebbe portare a un'efficace ingegneria dal basso verso l'alto di nuovi materiali per applicazioni che vanno dalle celle solari ai componenti elettronici. Il lavoro è stato pubblicato da Giornale della Società Chimica Americana .

La collaborazione ha utilizzato metodi innovativi di cristallografia a raggi X presso la linea di luce B1 CHESS guidata dallo scienziato dello staff di CHESS Zhongwu Wang. Ha coinvolto la raccolta simultanea di dati sull'ordinamento e l'orientamento dei nanocristalli e dei supercristalli di solfuro di piombo utilizzando la diffusione dei raggi X sia grandangolare (WAXS) che a piccolo angolo (SAXS), che in genere vengono eseguiti uno alla volta.

La diffusione dei raggi X grandangolare viene utilizzata per la caratterizzazione su scala relativamente più piccola, rivelando informazioni su come sono orientati i piani atomici all'interno dei singoli nanocristalli. La diffusione a piccolo angolo fa un passo avanti fornendo dati su come i nanocristalli, circa 100 atomi di diametro, sono disposti l'uno rispetto all'altro, quando si uniscono come un supercristallo.

Wang e i suoi collaboratori hanno lavorato con Tobias Hanrath, professore associato di ingegneria chimica e biomolecolare, che studia il solfuro di piombo e altri nanocristalli per i materiali fotovoltaici, preparare i campioni e condurre gli esperimenti.

Il nuovo metodo combinato di CHESS ha fornito informazioni sull'inaspettata complessità della disposizione dei nanocristalli all'interno del supercristallo. La scoperta potrebbe fornire nuovi metodi per far crescere i supercristalli e come ottimizzare le loro proprietà.

"Puoi pensare a una singola nanoparticella come a un atomo progettista, "Ha detto Hanrath. "Vogliamo capire come si possono prendere le particelle e metterle insieme in diverse configurazioni in cui le particelle possono interagire in modi mirati e programmabili. E abbiamo bisogno di usare strumenti come a SCACCHI per guardare le strutture reali, che sono molto più complesse di quando le tratti semplicemente come piccole sfere."

Wang ha affermato che le tecniche a raggi X WAXS/SAXS aiuteranno loro e altri scienziati a capire come cambiano i nanocristalli, e come interagiscono con diversi solventi e in diversi ambienti. Lui e altri collaboratori hanno in programma di esaminare assemblaggi di nanocristalli sempre più complessi.

"Combineremo tecniche spettroscopiche in situ con le nostre tecniche a raggi X per costruire una serie di relazioni struttura-proprietà di nanocristalli confinati con dimensioni diverse, forme e composizioni, "Ha detto Wang.