(Phys.org) —El último sueño hecho realidad para los científicos de materiales es tener la capacidad de fabricar materiales que puedan adquirir propiedades y comportamientos que se adapten mejor a nuestras necesidades. Los nuevos materiales podrían proporcionar formas eficientes de capturar la energía solar y ayudarnos a avanzar significativamente en la forma en que los motores, Se fabrican generadores y otros dispositivos críticos para mejorar nuestras necesidades energéticas.

Pero los científicos primero deben comprender verdaderamente las propiedades del ensamblaje de grupos a través del grupo individual. Sin embargo, es un poco como intentar descifrar una sinfonía escuchando solo la percusión. Ese ha sido el enigma para hacer avanzar el campo.

Ahora, gracias al trabajo de un equipo de científicos de la Virginia Commonwealth University, Universidad Estatal de Pensilvania y la Universidad de California, Los Angeles, Los científicos de materiales tendrán una mayor comprensión de los principios organizativos que permiten el diseño de materiales nanoscópicos con energía de banda prohibida específica. La energía de la banda prohibida se refiere a la energía mínima de luz que puede absorber el material.

Los materiales ensamblados en grupos son sólidos que se construyen a partir de grupos:pequeñas nanopartículas de unas pocas a unas pocas docenas de átomos. Al fabricar estos materiales con diferentes enlaces, el ensamblaje se puede hacer en grupos separados, cadenas de racimos, hojas de racimos y celosías tridimensionales de racimos. Al cambiar estos enlazadores, el color de luz de menor energía que el material puede absorber puede cambiar de infrarrojo profundo a verde.

Esta investigación explica cómo interactúan los enlazadores con el grupo y qué determina el color del material.

"Los hallazgos ayudan a cumplir el último sueño de la ciencia de los materiales, a saber, la capacidad de sintetizar materiales novedosos que aún no existían en la naturaleza que pueden realizar funciones para satisfacer nuestras crecientes necesidades, "dijo el investigador principal Shiv N. Khanna, Doctor., profesor del Departamento de Física de la Facultad de Humanidades y Ciencias de la VCU.

Según Khanna, El desarrollo de un material con la banda prohibida adecuada que absorba múltiples longitudes de onda maximizará la eficiencia a la que se puede absorber la energía solar. La luz solar cubre una amplia gama de longitudes de onda con una longitud de onda de energía máxima de aproximadamente 4950 Å.

"Los principios desarrollados a través del estudio actual ofrecen un enfoque general para la síntesis de materiales con funcionalidades controlables, "dijo Arthur Reber, Doctor., profesor asociado de investigación en el Departamento de Física de la VCU, quien colaboró ​​en el estudio con Khanna.

"Como ejemplo, acabamos de mostrar cómo se pueden sintetizar nuevos sólidos magnéticos mediante el ensamblaje de nanopartículas seleccionadas. Estos sólidos tienen aplicaciones potenciales en motores, generadores y otros dispositivos críticos para las necesidades energéticas, "dijo Khanna.

El equipo ahora está desarrollando más sus ideas para demostrar aplicaciones en óptica, Materiales catalíticos y magnéticos.

Los científicos llevaron a cabo una serie de cálculos teóricos e investigaciones de estructuras electrónicas de primeros principios, recopiló datos de rayos X y realizó modelos informáticos.

El estudio fue publicado recientemente en Cuentas de investigación química , una revista de la American Chemical Society. El estudio se titula, "Control de la energía de la brecha de banda de los materiales ensamblados en racimo".