Los científicos de la Universidad Estatal de Iowa han desarrollado una nueva formulación que ayuda a explicar el autoensamblaje de átomos en nanoclusters y a avanzar en la comprensión científica de las nanotecnologías relacionadas. Su investigación ofrece un marco teórico para explicar la relación entre la distribución de "zonas de captura, "las regiones que rodean las" islas "a nanoescala formadas por deposición en superficies, y el proceso de nucleación o formación subyacente.

La nanotecnología implica ciencia e ingeniería del tamaño de un nanómetro, o una milmillonésima parte de un metro. Ha sido fundamental para el desarrollo de innovaciones como paneles solares de película delgada, baterías mejoradas y sensores de menor costo.

El autoensamblaje de átomos en nanoclusters es un tema de gran interés para los nanotecnólogos porque ofrece el potencial de crear sistemas nanoestructurados con magnéticos mejorados, Propiedades catalíticas y plasmónicas que tienen muchas aplicaciones industriales.

"Si tiene la capacidad de controlar estos procesos de autoensamblaje para dirigir la morfología y la disposición espacial de estas nanoestructuras, luego puede mejorar las propiedades que le interesan, "dijo James W. Evans, profesor de física en la Universidad Estatal de Iowa.

Evans y su equipo, que fueron financiados por la National Science Foundation, detallar su enfoque esta semana en La Revista de Física Química .

Si bien la comunidad de las ciencias físicas había considerado previamente la distribución del tamaño de las islas nucleadas durante el autoensamblaje de los átomos depositados, La discusión más reciente se ha centrado en la distribución de las zonas de captura de las islas. Evans y sus colaboradores se centraron en elaborar una base teórica para comprender cómo se desarrollan las pequeñas zonas de captura. Su desarrollo tiene implicaciones importantes para determinar el tamaño que debe alcanzar una isla nucleada para estabilizarse. Su análisis combina ecuaciones de tasas con elementos de geometría estocástica.

Una de varias ideas importantes que surgieron de su investigación fue la importancia de la ubicación espacial de los eventos de nucleación en relación con las zonas de captura e islas existentes en la formación de nuevas, zonas de captura más pequeñas.

"Si nucleas justo en medio de un triplete de islas que están mucho más juntas de lo que es típico, la zona de captura de la nueva isla que se crea es mucho más pequeña que el tamaño promedio, Evans dijo. Para enfatizar esta relación de cómo el tamaño de las zonas de captura y su distribución resultante podrían verse afectados por la nucleación, su trabajo muestra la relación de cómo el tamaño de las zonas de captura y su distribución resultante podrían verse afectados por la nucleación.

Evans y su equipo incluyeron un estudio teórico sobre la distribución de la zona de captura (CZD) de islas compactas, incluida una derivación de una ecuación para la función de escala de la distribución de la zona de captura. Además de los resultados teóricos, los autores incluyeron resultados de simulación utilizando Kinetic Monte Carlo para confirmar las predicciones de la distribución de islas y el comportamiento de escala, obteniendo en general buena concordancia entre resultados teóricos y numéricos. Las formulaciones de Evans y colaboradores destacan la importancia de los sutiles detalles espaciales del proceso de nucleación, y específicamente de cantidades relacionadas como las probabilidades de superposición intrínseca y la distribución de superposición fraccional. Estas cantidades han recibido una atención limitada en el pasado, pero su forma detallada es importante ya que afecta la de la CZD.

Uno de los desafíos de esta investigación es que se centra en un sistema lejos del equilibrio, que desafía muchos de los métodos analíticos convencionales utilizados por los científicos físicos.

"El hecho de que este es un sistema lejos del equilibrio significa que no existen herramientas teóricas estándar que pueda aplicar para analizar el proceso, "explicó Evans.

Todavía, con simulaciones extensas que reflejan experimentos de deposición típicamente realizados en cámaras de vacío ultra alto, Evans y su equipo han logrado desarrollar un marco para explicar cómo se generan zonas de captura más pequeñas. Los científicos esperan que su trabajo impulse a otros investigadores a examinar también la cuestión de las distribuciones del área de la zona de captura porque los conocimientos colectivos generados harán que la comunidad científica más amplia comprenda cómo se ensamblan los nanoclusters.