április 29, 2024

Androbit techmagazin

Az Androbit tényeken alapuló híreivel, exkluzív videofelvételeivel, fotóival és frissített térképeivel maradjon naprakész Magyarország legfrissebb fejleményein.

Egy új felfedezés megváltoztatja a kristályokról alkotott képünket

Egy új felfedezés megváltoztatja a kristályokról alkotott képünket

Egy új tanulmány megállapította, hogy az anyagtudomány és a technológiák, például a félvezetők és a napelemek számára kulcsfontosságú kristályszerkezetek nem mindig vannak egyenletesen elrendezve. Azt találták, hogy a korábban átmeneti állapotnak tekintett hexagonal layers (RHCP) véletlenszerű halmozása valószínűleg stabil, és új hasznos tulajdonságokat biztosíthat több fajból álló anyagoknál, például a nagyfeszültségű elektronikában és a testpáncélban használt szilícium-karbidban.

A korábbi hiedelmeket megdöntötték a szabálytalanul elrendezett építmények felfedezése.

Sokak számára a „kristályok” szó ragyogó napfény képét idézi elő, amely szivárványszínű prizmákat vagy áttetsző köveket hoz létre, amelyekről úgy gondolják, hogy gyógyító erővel bírnak. De a tudományban és a mérnöki tudományban a kristályok technikaibb meghatározást kapnak. Olyan anyagoknak tekintik őket, amelyek alkotóelemei – legyenek azok atomok, molekulák vagy nanorészecskék – szabályosan elrendeződnek a térben. Más szavakkal, a kristályokat összetevőik szabályos elrendezése alapján azonosítják. Ismert példák közé tartozik a gyémánt, a konyhasó és a kockacukor.

Sangwoo Lee

Sangwoo Lee. Köszönet: Rensselaer Polytechnic Institute

Ezzel a széles körben elfogadott definícióval ellentétben egy közelmúltbeli tanulmány, amelyet Sangwoo Lee, a Rensselaer Polytechnic Institute Vegyi és Biológiai Mérnöki Tanszékének adjunktusa vezetett, a kristályszerkezetek egy érdekes aspektusát tárja fel, amely feltárja, hogy a kristályokon belüli komponensek elrendezése nem az. Mindig feltétlenül rendszeres.

Ez a felfedezés előremozdítja az anyagtudomány területét, és beláthatatlan következményekkel jár a benne használt anyagokra nézve[{” attribute=””>semiconductors, solar panels, and electric vehicle technologies.

One of the most common and important classes of crystal structures is the close-packed structures of regular spheres constructed by stacking layers of spheres in a honeycomb arrangement. There are many ways to stack the layers to construct close-packed structures, and how nature selects specific stacking is an important question in materials and physics research. In the close-packing construction, there is a very unusual structure with irregularly spaced constituents known as the random stacking of two-dimensional hexagonal layers (RHCP). This structure was first observed from cobalt metal in 1942, but it has been regarded as a transitional and energetically unpreferred state.

Lee’s research group collected X-ray scattering data from soft model nanoparticles made of polymers and realized that the scattering data contains important results about RHCP but is very complicated. Then, Patrick Underhill, professor in Rensselaer’s Department of Chemical and Biological Engineering, enabled the analysis of the scattering data using the supercomputer system, Artificial Intelligence Multiprocessing Optimized System (AiMOS), at the Center for Computational Innovations.

“What we found is that the RHCP structure is, very likely, a stable structure, and this is the reason that RHCP has been widely observed in many materials and naturally occurring crystal systems,” said Lee. “This finding challenges the classical definition of crystals.”

The study provides insights into the phenomenon known as polytypism, which enables the formation of RHCP and other close-packed structures. A representative material with polytypism is silicon carbide, widely used for high-voltage electronics in electric vehicles and as hard materials for body armor. Lee’s team’s findings indicate that those polytypic materials may have continuous structural transitions, including the non-classical random arrangements with new useful properties.

“The problem of how soft particles pack seems straightforward, but even the most basic questions are challenging to answer,” said Kevin Dorfman of the University of Minnesota-Twin Cities, who is unaffiliated with this research. “This paper provides compelling evidence for a continuous transition between face-centered cubic (FCC) and hexagonal close-packed (HCP) lattices, which implies a stable random hexagonal close-packed phase between them and, thus, makes an important breakthrough in materials science.”

“I am particularly pleased with this discovery, which shows the power of advanced computation to make an important breakthrough in materials science by decoding the molecular level structures in soft materials,” said Shekhar Garde, dean of Rensselaer’s School of Engineering. “Lee and Underhill’s work at Rensselaer also promises to open up opportunities for many technological applications for these new materials.”

Reference: “Continuous transition of colloidal crystals through stable random orders” by Juhong Ahn, Liwen Chen, Patrick T. Underhill, Guillaume Freychet, Mikhail Zhernenkovc and Sangwoo Lee, 14 April 2023, Soft Matter.
DOI: 10.1039/D3SM00199G

Lee and Underhill were joined in research by Rensselaer’s Juhong Ahn, Liwen Chen of the University of Shanghai for Science and Technology, and Guillaume Freychet and Mikhail Zhernenkov of Brookhaven National Laboratory.

READ  Még mindig sok a tennivaló