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Em um novo estudo surpreendente, pesquisadores da Universidade de Minnesota Twin Cities descobriram que a radiação do feixe de elétrons que eles pensavam anteriormente ser cristais degradados pode na verdade reparar rachaduras nessas nanoestruturas.
A descoberta inovadora fornece um novo caminho para criar nanoestruturas cristalinas mais perfeitas, um processo que é fundamental para melhorar a eficiência e a relação custo-benefício dos materiais que são usados em praticamente todos os dispositivos eletrônicos que usamos todos os dias.
“Durante muito tempo, os pesquisadores que estudavam nanoestruturas pensaram que, quando colocássemos os cristais sob radiação de feixe de elétrons para estudá-los, eles se degradariam”, disse Andre Mkhoyan, professor de engenharia química e ciência de materiais da Universidade de Minnesota e pesquisador principal do estudo. . “O que mostramos neste estudo é que quando pegamos um cristal de dióxido de titânio e o irradiamos com um feixe de elétrons, as estreitas rachaduras que ocorrem naturalmente se preencheram e se curaram.”
Os pesquisadores acidentalmente se depararam com a descoberta ao usar o microscópio eletrônico de última geração da Universidade de Minnesota para estudar os cristais por um motivo completamente diferente.
“Eu estava estudando as rachaduras nos cristais sob o microscópio eletrônico e essas rachaduras continuavam sendo preenchidas”, disse Silu Guo, Ph.D. em engenharia química e ciência de materiais da Universidade de Minnesota. estudante. “Isso foi inesperado e nossa equipe percebeu que talvez houvesse algo ainda maior que deveríamos estudar.”
No processo de autocura, vários átomos do cristal se moviam juntos em conjunto e se encontravam no meio, formando uma espécie de ponte que preenchia a fenda. Pela primeira vez, os pesquisadores mostraram que os feixes de elétrons poderiam ser usados construtivamente para projetar novas nanoestruturas átomo por átomo.
“Sejam fissuras atomicamente nítidas ou outros tipos de defeitos num cristal, acredito que sejam inerentes aos materiais que cultivamos, mas é verdadeiramente surpreendente ver como o grupo do professor Mkhoyan consegue reparar estas fissuras usando um feixe de eletrões,” disse a Universidade de Bharat Jalan, professor de Engenharia Química e Ciência de Materiais de Minnesota, colaborador da pesquisa.
Os pesquisadores dizem que o próximo passo é introduzir novos fatores, como alterar as condições do feixe de elétrons ou alterar a temperatura do cristal, para encontrar uma maneira de melhorar ou acelerar o processo.
“Primeiro descobrimos, agora queremos encontrar mais formas de projetar o processo”, disse Mkhoyan.
Além de Mkhoyan, Guo e Jalan, a equipe de pesquisa incluiu Ph.D. em Engenharia Química e Ciência de Materiais da Universidade de Minnesota. o estudante Sreejith Nair e o ex-aluno de graduação Hwanhui Yun.
Este trabalho foi apoiado principalmente pela National Science Foundation (NSF). Partes deste trabalho foram realizadas no UMN Characterization Facility. Os recursos computacionais foram fornecidos pelo Minnesota Supercomputing Institute (MSI) e o crescimento do filme foi apoiado pelo Departamento de Energia (DOE).
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