Investigadores desarrollan nuevo proceso de un solo paso para crear metamateriales autoensamblados
Mientras estudiaban un material de película delgada llamado estannato de estroncio (SrSnO3), los investigadores de la Universidad de Minnesota notaron la sorprendente formación de patrones de tablero de ajedrez a nanoescala similares a las estructuras fabricadas en costosos procesos de varios pasos. Sus resultados muestran la posibilidad realista de diseñar estructuras autoensambladas similares con amplias aplicaciones en materiales para dispositivos electrónicos y ópticos.
Un equipo dirigido por investigadores de Twin Cities de la Universidad de Minnesota ha descubierto un proceso innovador de un solo paso para crear materiales con propiedades únicas, llamados metamateriales. Sus resultados muestran la posibilidad realista de diseñar estructuras autoensambladas similares con el potencial de crear nanoestructuras "construidas bajo pedido" para una amplia aplicación en dispositivos electrónicos y ópticos.
La investigación fue publicada y presentada en la portada de Nano Letters, una revista científica revisada por pares publicada por la American Chemical Society.
En general, los metamateriales son materiales fabricados en el laboratorio para proporcionar propiedades físicas, químicas, eléctricas y ópticas específicas que de otro modo serían imposibles de encontrar en materiales naturales. Estos materiales pueden tener propiedades únicas que los hacen ideales para una variedad de aplicaciones, desde filtros ópticos y dispositivos médicos hasta insonorización de aeronaves y monitoreo de infraestructura. Por lo general, estos materiales a nanoescala se producen minuciosamente en un entorno de sala limpia especializado durante días y semanas en un proceso de fabricación de varios pasos.
En esta nueva investigación, un equipo de la Universidad de Minnesota estaba estudiando un material de película delgada llamado estannato de estroncio o SrSnO3. Durante su investigación, notaron la sorprendente formación de patrones de tablero de ajedrez a nanoescala similares a las estructuras de metamateriales fabricadas en el costoso proceso de varios pasos.
Un gran golpe de suerte
"Al principio pensamos que esto debía ser un error, pero pronto nos dimos cuenta de que el patrón periódico es una mezcla de dos fases del mismo material con diferentes estructuras cristalinas", dijo Bharat Jalan, autor principal del estudio y experto en síntesis de materiales que es la Cátedra Shell en el Departamento de Ingeniería Química y Ciencia de Materiales de la Universidad de Minnesota. "Después de consultar con colegas de la Universidad de Minnesota, la Universidad de Georgia y la Universidad de la Ciudad de Nueva York, nos dimos cuenta de que es posible que hayamos descubierto algo bastante especial que potencialmente puede tener algunas aplicaciones únicas".
El material se había organizado espontáneamente en una estructura ordenada a medida que cambiaba de una fase a otra. Durante lo que se denomina un proceso de "transición de fase estructural de primer orden", el material pasó a una fase mixta en la que algunas partes del sistema completaron la transición y otras no.
De hecho, el equipo demostró un proceso para la primera nanoestructura autoensamblada y sintonizable para crear metamateriales en un solo paso. Los investigadores pudieron ajustar la capacidad de almacenar la propiedad de la carga eléctrica dentro de una sola película utilizando la temperatura y la longitud de onda del láser. Crearon efectivamente un material de cristal fotónico variable con una eficiencia del 99 por ciento.
Usando microscopios electrónicos de alta resolución, los investigadores confirmaron la estructura única del material.
"Observamos que los límites entre estas fases cristalográficas se definieron claramente a escala atómica, lo que es notable para un proceso autoensamblado", dijo el profesor Andre Mkhoyan, coautor del estudio, experto en microscopía electrónica avanzada y la Cátedra Ray D. y Mary T. Johnson / Mayon Plastics en el Departamento de Ingeniería Química y Ciencia de Materiales de la Universidad de Minnesota.
¿Usos a futuro?
Los investigadores ahora están buscando aplicaciones futuras para su descubrimiento en dispositivos ópticos y electrónicos.
"Cuando comenzamos esta investigación, nunca pensamos en estas aplicaciones. Nos impulsó el estudio fundamental de la física del material", dijo Jalan. "Ahora, de repente, parece que hemos abierto un área de investigación completamente nueva, impulsada por la posibilidad de muchas aplicaciones nuevas y emocionantes".
Vía: https://phys.org/news/2021-01-one-step-self-assembled-metamaterials.html
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