Благодаря уникальным магнитным свойствам нанопровода фосфида кобальта в будущем вполне могут пригодиться при создании компонентов высокопроизводительных устройств. В отличие от макроразмерных материалов, эти сверхмалые продолговатые кристаллы представляют собой монодоменные структуры, что обеспечивает суперпарамагнетизм — свойство, проявляющееся при определённых температурах в условиях внешнего магнитного поля.

Для наблюдения и полноценной эксплуатации супермагнетизма необходимо иметь высокоориентированные, точно позиционированные блоки, состоящие из набора нанопроводов. По словам сотрудников Института материаловедения и инжиниринга (Сингапур),

им удалось разработать простой, основанный на температурном контроле метод, позволяющий получать подобные суперструктуры прямо в растворе.

Рис. 1. Слева направо: случайная ориентация небольших ансамблей при отсутствии «старения», вертикальная ориентация («старение» при комнатной температуре), горизонтальная ориентация («старение» при низких температурах). (Илл. Wiley-VCH).

Метод самосборки наночастиц заключается в нанесении суспензии нанокристаллов на твёрдую подложку с последующим медленным испарением растворителя. Теоретически испарение должно приводить к возрастанию поверхностной энергии, то есть к усилению относительно слабых сил притяжения между нанокристаллами, заставляя их выравниваться.

Но это в теории, а на практике высокая степень порядка в анизотропных наноструктурах по сей день остаётся проблемой.

Сингапурские материаловеды отказались от медленного испарения на подложке, применив медленную кристаллизацию из маточного раствора — метод, характерный для обычного химического синтеза. Вначале они позволили производному кобальта прореагировать с прекурсором фосфида, триоктилфосфином (ТОР), в растворе при необходимо высокой температуре. При этом наблюдалось образование покрытых ТОР нанопроводов. Затем маточный раствор с диспергированными в нём нанокристаллами сохранялся в течение некоторого времени при разных температурах (комнатной и ниже).

Такое «старение» приводило к постепенному образованию больших высокоориентированных суперструктур с различным типом взаимной ориентации индивидуальных нанопроводов. Заметим, что отделение продукта реакции без предварительного «старения» раствора вело к получению небольших случайно ориентированных наборов нанокристаллов.

После охлаждения и «старения» реакционной смеси при комнатной температуре в течение двух часов учёные наблюдали образование суперструктур, состоящих из примерно одного миллиона вертикально ориентированных нанопроводов, где каждый нанокристалл был окружён шестью другими, повторяя рисунок пчелиных сот. С другой стороны, при охлаждении смеси сначала до комнатной, а затем и до отрицательных температур появлялись длинные листы нанопроводов, уложенных горизонтально бок о бок (см. иллюстрацию).

Стабильность полученных таким образом суперструктур не смогли поколебать ни высокие температуры, ни ультразвук, ни органический растворитель, что доказывает существование прочных когезионных сил между нанокристаллами.

Кроме того, более детальное исследование позволило выяснить, что

адсорбированные на поверхности нанопроводов молекулы ТОР легко переходят в раствор, позволяя нанокристаллам максимально сблизиться, что приводит к необратимому появлению прочных химических связей между ближайшими нанопроводами, гарантируя высочайшую степень порядка и прочность образующихся суперструктур.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Advanced Materials.