I semiconduttori al silicio costituiscono la base di tutta l'elettronica moderna e dei microprocessori. Fondamentale per queste applicazioni è la capacità di "drogare" il semiconduttore; vale a dire, aggiungendo in modo controllabile atomi di impurità a un semiconduttore, si possono variare continuamente le sue proprietà elettroniche ed ottiche.

Una recente collaborazione di scienziati dell'Università della Pennsylvania e del NIST ha dimostrato per la prima volta, un analogo unico su scala nanometrica. In particolare, i cristalli su scala nanometrica vengono creati assemblando nanoparticelle in disposizioni ravvicinate (i cosiddetti "superreticoli di nanoparticelle"). In questo lavoro, l'assemblaggio viene eseguito con quantità controllate di nanoparticelle 'impurezze' che differiscono da quelle utilizzate per formare il cristallo ospite.

I superreticoli risultanti sono 'drogati', e mostrano proprietà che dipendono sensibilmente dalla concentrazione e dal comportamento intrinseco delle particelle droganti. In un esempio, controllando la concentrazione di nanoparticelle d'oro droganti (in un cristallo di nanoparticelle di seleniuro di piombo), la conduttività può essere regolata su 6 ordini di grandezza.

Per caratterizzare l'ordinamento in questi nanomateriali, le misurazioni della diffusione dei raggi X sono state eseguite sulla linea di luce X9 (NSLS), che è co-gestito dal CFN. Questa capacità di sintonizzare razionalmente le proprietà dei superreticoli sarà cruciale per le future applicazioni dei materiali ottici ed elettronici.

• L'introduzione controllabile di particelle droganti in superreticoli di nanoparticelle ben definiti, senza alterare la cristallinità del reticolo, è la prima dimostrazione di un adattamento specifico delle proprietà di trasporto elettronico di complessi di nanoparticelle bulk.
• Il drogaggio con nanoparticelle d'oro ha migliorato la conduttività dei film di nanoparticelle di seleniuro di piombo di oltre 6 ordini di grandezza.
• Tale controllo sull'introduzione di nanoparticelle nei superreticoli apre possibilità di drogaggio di altri nanomateriali, come le nanoparticelle magnetiche e catalitiche.

La stazione terminale di diffusione di raggi X a piccolo angolo di trasmissione (TSAXS) di CFN presso la linea di luce di raggi X NSLS X9 è stata utilizzata per misurare i cristalli di superreticolo di nanoparticelle.