Credito:Ryan Hastie, Dipartimento di Chimica, Università della Columbia
I ricercatori hanno scoperto che la conduttività termica dei cristalli superatom è direttamente correlata al disordine rotazionale all'interno di tali strutture. I risultati sono stati pubblicati in un articolo in Materiali della natura questa settimana.
Jonathan A. Malen, professore associato di ingegneria meccanica della Carnegie Mellon University, è stato l'autore corrispondente dell'articolo intitolato "L'ordine orientativo controlla il trasporto termico cristallino e amorfo nei cristalli superatomici".
I cristalli di superatomo sono disposizioni periodiche o regolari di C 60 fullereni e cluster molecolari inorganici di dimensioni simili. Il nanometro C 60 Sembrano palloni da calcio con atomi di C ai vertici di ogni esagono e pentagono.
"Ci sono due formazioni quasi identiche, uno che ha rotante (cioè orientativamente disordinato) C 60 s e uno che ha fissato C 60 S, " ha detto Malen. "Abbiamo scoperto che la formazione che conteneva C60 rotanti ha una bassa conduttività termica mentre la formazione con C fissa 60 s ha un'elevata conduttività termica."
Sebbene il disturbo rotazionale sia noto in massa C 60 , questa è la prima volta che il processo è stato sfruttato per creare conducibilità termiche molto diverse in materiali strutturalmente identici.
Immagina una fila di persone che passano sacchi di sabbia da un'estremità all'altra. Ora immagina una seconda linea in cui ogni persona sta ruotando, alcune in senso orario, alcuni in senso antiorario, alcuni veloci, e alcuni lenti. Sarebbe molto difficile spostare un sacchetto di sabbia lungo quella linea.
"Questo è simile a quello che sta accadendo con la conducibilità termica negli superati, " ha spiegato Malen. "È più facile trasferire l'energia termica lungo uno schema fisso che disordinato".
Xavier Roy, assistente professore di chimica della Columbia University, l'altro autore corrispondente dello studio, creò i cristalli superatom nel suo laboratorio sintetizzando e assemblando i mattoni nelle sovrastrutture gerarchiche.
"I cristalli di superatomo rappresentano una nuova classe di materiali con potenziale per applicazioni nella generazione di energia sostenibile, stoccaggio di energia, e nanoelettronica, " disse Roy. "Poiché abbiamo una vasta biblioteca di superatomi che possono riunirsi da soli, questi materiali offrono un approccio modulare per creare strutture atomicamente precise ma sintonizzabili."
I ricercatori ritengono che questi risultati porteranno a ulteriori indagini sulle proprietà elettroniche e magnetiche uniche dei materiali sovrastrutturati. Una futura applicazione potrebbe includere un nuovo materiale che potrebbe cambiare da conduttore termico a isolante termico, aprendo il potenziale per nuovi tipi di interruttori termici e transistor.
"Se potessimo controllare attivamente il disturbo rotazionale, creeremmo un nuovo paradigma per il trasporto termico, " disse Malen.
Per maggiori informazioni, leggi l'articolo:"L'ordine orientativo controlla il trasporto termico cristallino e amorfo nei cristalli superatomici, " Materiali della natura (2016).
Ulteriori investigatori della Carnegie Mellon includevano il ricercatore post-dottorato e alunno Wee-Liat Ong, Patrick S.M. Dougherty, Alan J.H. McGaughey, e C. Fred Higgs. Ong è assistito congiuntamente da Malen e Roy nell'ambito di una sovvenzione MRSEC della National Science Foundation guidata dalla Columbia University. Altri ricercatori della Columbia University includevano E. O'Brien e D. Paley.
