Nanofili di tellururo di stagno nanostampati in uno stampo di ossido di alluminio anodico. Crediti:N. Liu, Y. Xie, G. Liu, S. Sohn, A. Raj, G. Han, B. Wu, J. J. Cha, Z. Liu e J. Schroers, Phys. Rev. Lett. 124, 036102 (2020); MT Kiani, JJ Cha, Materiali APL 10, 080904 (2022).
Il nanostampaggio di nanofili topologici potrebbe accelerare la scoperta di nuovi materiali per applicazioni come l'informatica quantistica, la microelettronica e i catalizzatori di energia pulita, secondo un articolo coautore di Judy Cha, professoressa di scienza dei materiali e ingegneria alla Cornell.
I materiali topologici sono apprezzati per la loro capacità unica di possedere proprietà diverse su superfici e bordi e queste proprietà di superficie possono essere migliorate ingegnerizzando i materiali su scala nanometrica. La sfida per gli scienziati è che i metodi tradizionali di fabbricazione dei nanofili sono lenti e non offrono un elevato livello di precisione.
"I teorici hanno previsto che circa un quarto di tutti i cristalli inorganici conosciuti potrebbero essere topologici", ha detto Cha. "Stiamo parlando di decine di migliaia di composti, quindi il metodo convenzionale per realizzare questi cristalli è semplicemente incompatibile in termini di screening per cercare materiali topologici di prova per applicazioni specifiche".
Ma il nanostampaggio, in cui una materia prima policristallina sfusa viene pressata in uno stampo nanostrutturato a una temperatura elevata per formare nanofili, potrebbe fornire una soluzione. Scrivendo in Materiali APL , Cha e il socio post-dottorato Mehrdad Kiani spiegano che il nanostampaggio offre numerosi vantaggi rispetto ai metodi di sintesi esistenti per i materiali su scala nanometrica.
"A differenza dei tradizionali metodi di fabbricazione top-down e bottom-up, il nanostampaggio richiede un'ottimizzazione minima dei parametri sperimentali e può lavorare su un'ampia varietà di composti topologici, consentendo così la fabbricazione ad alto rendimento di nanofili topologici. I nanofili fabbricati sono monocristallini e privi di difetti e può avere proporzioni elevate superiori a 1.000", scrivono Cha e Kiani.
Il nanostampaggio era stato precedentemente utilizzato per i sistemi di materiali metallici, ma Cha e il suo gruppo di ricerca sono stati tra i primi ad ampliarne l'applicazione ai materiali topologici. E mentre, in linea di principio, il nanostampaggio fornisce tutti i tratti desiderati in un nanofilo topologico, non è ancora del tutto compreso come e perché il metodo abbia così tanto successo, una lacuna di conoscenze che il Cha Group sta lavorando per colmare.
Gli attuali progetti di ricerca nel Cha Group includono la misurazione delle proprietà elettriche dei nanofili topologici nanostampati per confrontarli con i nanofili prodotti con altre tecniche e lo studio della diffusione atomica e dei movimenti meccanici degli atomi durante il processo di stampaggio. Cha accoglie anche collaboratori interessati alle versioni nanowire dei composti che stanno ricercando.
La ricerca è stata presentata anche in AIP Scilight . + Esplora ulteriormente
