25 april 2019

Publicatie in Physical Review X

Vorming honingraat-nanostructuren eindelijk verklaard

De simulatie toont de honingraatstructuur van het nanomateriaal

Enkele jaren geleden werd voor het eerst een veelbelovend nieuw soort nanomateriaal experimenteel waargenomen, dat de voordelen van halfgeleiders combineert met die van grafeen. Het materiaal wordt gevormd door nanokristallen die zich spontaan assembleren tot een honingraatstructuur. Tot nu toe was het onduidelijk waarom de nanokristallen dit specifieke gedrag vertonen, maar de Utrechtse onderzoekers Giuseppe Soligno en Daniel Vanmaekelbergh hebben nu een simulatiemodel ontwikkeld dat de vorming van deze nanostructuren in detail reproduceert. De onderzoekers publiceren hun resultaten deze week in Physical Review X.

Een nanokristal op het grensvlak tussen twee vloeistoffen

Dankzij hun opto-elektronische eigenschappen zijn vierkante en honingraatvormige structuren van groot belang voor halfgeleider-toepassingen. “Deze unieke combinatie van halfgeleider-nanokristallen met de structuur van grafeen is een heilige graal in de materiaalkunde”, legt Vanmaekelbergh uit. Het nieuwe model bevat alle relevante krachten die betrokken zijn bij zelfassemblage. De resulterende simulaties laten zien dat het bijstellen van slechts enkele parameters de uiteindelijke uitkomst bepaalt. De geassembleerde structuur blijkt af te hangen van het samenspel tussen interface-adsorptiekrachten en elektrostatische krachten over korte afstanden tussen de nanokristallen.

Gecontroleerde zelfassemblage

Het model helpt onderzoekers begrijpen hoe de zelfassemblage van de nanokristallen experimenteel gestuurd kan worden. Het model kan bovendien eenvoudig worden uitgebreid om de zelfassemblage van nanodeeltjes bij vloeistof-vloeistof-interfaces in verschillende structuren te bestuderen. De resultaten kunnen uiteindelijk in de halfgeleiderindustrie worden toegepast om nanomaterialen beter te produceren.

Publicatie

Understanding the formation of PbSe honeycomb superstructures by dynamics simulations
Giuseppe Soligno and Daniel Vanmaekelbergh
Physical Review X, 23 maart 2019, DOI 10.1103/PhysRevX.9.021015
Alle auteurs zijn verbonden aan de Universiteit Utrecht