Инженеры из Университета Пенсильвании сделали ещё один шаг в сторону упрощения создания наноструктур, впервые идентифицировав материал с практически идеально упорядоченным разделением фаз на нанометровом масштабе.

Для практического применения нанотехнологий необходима возможность манипулировать атомами и молекулами, которая позволит создавать дальнее упорядочение и изготавливать материалы с необходимыми функциональными свойствами. Новое открытие обеспечит учёных простым методом упорядочения составляющих частей наноструктур в нанометровом масштабе, что критически важно для правильной сборки нанообъектов, таких как частицы и нанопроволоки, в наноустройства.

Обнаружив неожиданные дифракционные эффекты на вполне обычном керамическом материале, кристаллической керамике (Nd_2/3-xLi_3x)TiO₃, являющейся ионным проводником, американские инженеры решили исследовать его методом трансмиссионной электронной микроскопии. Оказалось, что материал демонстрирует два различных структурных рисунка с идентичной периодичностью – «шахматный» и «ромбовидный», что является свидетельством периодического фазового разделения в структуре. Это спонтанное разделение фаз может оказаться новым фундаментом для создания наноустройств: материал, получаемый с помощью стандартных и хорошо воспроизводимых методов, обладает поверхностью, структуру которой можно контролировать с атомной точностью на микроскопических участках.

Изображение поверхности с чередующимися «шахматным» и «ромбовидным» рисунком.

Дальнейшие исследования показали, что разделение структуры на две фазы связано с появлением обогащённых литием квадратов и обеднённых литием полосок. Изменяя содержание лития и неодима в керамике, инженеры могли контролировать размеры чередующихся участков, что делает возможной настройку структуры под шаблон создаваемого наноустройства.

Помимо практического значения новой технологии, результаты этих исследований проливают свет на свойства наиболее распространённой структурной группы оксидов (перовскиты), используемых для создания сверхпроводников, сегнетоэлектриков и материалов, обладающих эффектом магнитосопротивления.

Василий Артюхов