Tutkijat ovat löytäneet uuden tavan valmistaa toiminnallisia nanomateriaaleja kulta- ja hopea-atomien muodostamista metalliklustereista.
Klusterimateriaalit valmistettiin kiinalaisessa Xiamenin yliopistossa.
Ne syntyivät liuoksessa, johon sekoitettiin kulta- ja hopeasuolaa. Mukaan lisättiin klustereiden kasvua rajoittavaa orgaanista ligandimolekyylia, etynyyliadamantaania.
Liuottimena käytettiin joko metanolin ja kloroformin tai metanolin ja dikloorimetaanin seosta.
Synteesi tuotti kummassakin liuottimessa atomirakenteeltaan täsmälleen samanlaisen 34 atomin klusterin, mutta jälkimmäisessä liuoksessa klusterit polymerisoituivat muodostamalla metalli-metalli -sidoksia.
Polymerisoituneet klusteriketjut tuottivat noin hiuksen paksuisia yksittäiskiteitä. Niillä oli puolijohteen tapainen sähkönjohtavuus polymeeriketjun suunnassa, mutta ketjun poikkisuunnissa ne olivat sähköisiä eristeitä.
Ilmiön syynä on, että polymeeriketjut on eristetty toisistaan ligandimolekyyleilla, mutta sähkönjohtavuus on mahdollista metalli-metalli -sidosten kautta polymeeriketjun suunnassa.
Ominaisuudet selvitettiin Jyväskylässä
Uusien nanomateriaalien ominaisuuksia selvittivät laskennallisilla simulaatiomenetelmillä Jyväskylän yliopiston Nanotiedekeskuksen tutkijat.
Akatemiaprofessori Hannu Häkkisen johtama ryhmä hyödynsi haastavassa tehtävässä supertietokonetta.
Simulaatiot ennustivat, että materiaalilla on 1,3 elektronivoltin suuruinen energia-aukko elektronisen perustilan ja ensimmäisen viritystilan välillä, mikä on tyypillinen arvo puolijohteelle.
Optiset ja sähkönjohtavuusmittaukset vahvistivat teoreettisen tuloksen.
Kiteiden sähkönjohtavuus testattiin transistorimittauksilla, jotka osoittivat materiaalin käyttäytyvän p-tyyppisen puolijohteen tavoin. Mittauksissa havaittiin noin 1 800-kertainen ero sähkönjohtavuudessa kiteen eri suunnissa.
Tutkimuksen julkaisi Nature Communications.
(Kuva Peng Yuan, Xiamenin yliopisto) Ylempänä polymerisoituneen klusteriketjun rakenne, jossa kulta on kuvattu oranssina, hopea vihreänä ja ligandimolekyylit harmailla tikuilla. Alempana metalliatomien pakkausjärjestys polymeeriketjussa.
