Imagínese construir un reactor químico lo suficientemente pequeño como para estudiar nanopartículas de una milmillonésima parte de un metro de diámetro. Mil millones de veces más pequeño que una gota de lluvia es el volumen de una célula de E. coli. Y otro millón de veces más pequeño sería un reactor lo suficientemente pequeño como para estudiar nanopartículas aisladas. Agregue a eso el desafío de hacer no solo uno de estos pequeños reactores, pero miles de millones de ellos, todos idénticos en tamaño y forma. Los investigadores de Cornell han hecho precisamente eso.

Un equipo dirigido por Tobias Hanrath, profesor asociado de ingeniería química y biomolecular, ha demostrado la fusión controlada de puntos cuánticos semiconductores dentro de una jaula de nano-reactores de partículas oxidadas.

El equipo dispuso seis cristales de seleniuro de plomo dentro de un marco de esferas de óxido de hierro (óxido). Estudiaron cómo interactúan los puntos cuánticos dentro de la "jaula oxidada" a nanoescala, utilizando rayos X en la fuente de sincrotrón de alta energía de Cornell (CHESS). Estos experimentos les permitieron identificar interacciones específicas entre las partículas en la caja y así allanar el camino para la fabricación de materiales novedosos con propiedades de diseño. Los resultados, que podría aplicarse a otros materiales, fueron publicados en Informes científicos , 23 de octubre.

Usaron CHESS para realizar la dispersión de rayos X en unidades repetidas de estas cajas oxidadas mientras las calentaban. mirando lo que le pasa al seleniuro de plomo en el centro. Con los datos dispersos actuando como una película de alta definición, pudieron identificar diferentes etapas de fusión de los hexámeros de seleniuro de plomo. Esto podría conducir a una idea de cómo obtener funcionalidades específicas de estos nanomateriales poco entendidos. Demasiado calor hizo que los cristales de plomo se sinterizaran y se fusionaran; el calor insuficiente no los acercó lo suficiente para interactuar.

El estudiante de posgrado Ben Treml dirigió los experimentos; sintetizó las partículas y las ensambló en superredes (redes de nanocristales, en lugar de átomos). Las muestras se estudiaron en la línea de haz D1 de CHESS con el coautor Detlef Smilgies, científico del personal, que ayudó a Treml a perfeccionar los experimentos.

Los resultados fueron verificados con modelos teóricos de los coautores Paulette Clancy, profesor de ingeniería química y biomolecular, y asociado postdoctoral Binit Lukose.