Immagina di costruire un reattore chimico abbastanza piccolo da studiare nanoparticelle di un miliardesimo di metro di diametro. Un miliardo di volte più piccolo di una goccia di pioggia è il volume di una cellula di E. coli. E un altro milione di volte più piccolo sarebbe un reattore abbastanza piccolo da studiare nanoparticelle isolate. Aggiungete a ciò la sfida di realizzare non solo uno di questi minuscoli reattori, ma miliardi di loro, tutti identici per dimensioni e forma. I ricercatori della Cornell hanno fatto proprio questo.

Una squadra guidata da Tobias Hanrath, professore associato di ingegneria chimica e biomolecolare, ha dimostrato la fusione controllata di punti quantici di semiconduttori all'interno di una gabbia di nanoreattori di particelle arrugginite.

Il team ha disposto sei cristalli di seleniuro di piombo all'interno di una struttura di sfere di ossido di ferro (ruggine). Hanno studiato come interagiscono i punti quantici all'interno della "gabbia arrugginita" su nanoscala, utilizzando i raggi X presso la Cornell High Energy Synchrotron Source (CHESS). Questi esperimenti hanno permesso loro di individuare interazioni specifiche tra le particelle nella scatola e quindi aprire la strada alla creazione di nuovi materiali con proprietà in base alla progettazione. I risultati, che potrebbe essere applicato ad altri materiali, sono stati pubblicati in Rapporti scientifici , 23 ottobre.

Hanno usato CHESS per eseguire la diffusione dei raggi X su unità ripetute di queste scatole arrugginite mentre le riscaldavano, guardando cosa succede al seleniuro di piombo al centro. Con i dati sparsi che agiscono come un film ad alta definizione, potrebbero identificare diversi stadi di fusione degli esameri del seleniuro di piombo. Ciò potrebbe portare a informazioni su come ottenere funzionalità specifiche da questi nanomateriali poco compresi. Troppo calore ha fatto sinterizzare e fondere i cristalli di piombo; non abbastanza calore non li ha avvicinati abbastanza per interagire.

Lo studente laureato Ben Treml ha condotto gli esperimenti; ha sintetizzato le particelle e le ha assemblate in superreticoli (reticoli di nanocristalli, piuttosto che atomi). I campioni sono stati studiati alla linea del fascio D1 di CHESS con il coautore Detlef Smilgies, scienziato del personale, che ha aiutato Treml a perfezionare gli esperimenti.

I risultati sono stati verificati con modelli teorici dai coautori Paulette Clancy, professore di ingegneria chimica e biomolecolare, e associato postdottorato Binit Lukose.