Uusien materiaalien salaisuus ovat nanoklustereiksi kutsutut kulta-atomien ryhmät, jotka voivat käyttäytyä kuin yksittäiset atomit.

Kun klusterit liitetään toisiinsa kolmiulotteiseksi verkostoksi metalli-ionien avulla, syntyvien uusien mof-materiaalien (metal-organic framework) voidaan hienosäätää tarkasti eri tarkoituksiin.

Sähkönjohtavuus moninkertaistui

Uudet materiaalit syntyivät eteläkorealaisen Pohangin yliopiston ja Jyväskylän yliopiston yhteistutkimuksessa, joka on julkaistu Journal of the American Chemical Society -lehdessä.

Laskennallisen nanotieteen professorin Hannu Häkkisen ryhmä vastasi materiaalien ominaisuuksien tutkimisesta laskennallisin keinoin.

”Havaitsimme, että klustereiden välisen etäisyyden pienentäminen paransi materiaalin sähkönjohtavuutta jopa 31-kertaisesti”, Häkkinen kertoo.

Tiheysfunktionaaliteoriaan perustuvat supertietokonelaskut osoittivat, että näiden materiaalien elektroniset ominaisuudet ovat lähellä perinteisiä puolijohdemateriaaleja.

Metalli-ionin elektronirakenteella iso vaikutus

Tutkimuksessa selvisi myös, että klustereita yhdistävän metalli-ionin elektronirakenne vaikuttaa merkittävästi materiaalin johtavuuteen.

”Erityisesti näiden materiaalien puolijohdemainen käyttäytyminen ja säädettävä johtavuus avaavat uusia mahdollisuuksia nanoelektroniikassa”, sanoo väitöskirjatutkija Hanna Jääskö.

Jääskö tutkii väitösprojektissaan klusteripohjaisia materiaaleja ja niiden mahdollisia sovelluskohteita esimerkiksi kvanttiteknologiassa.