Des chercheurs apprennent à concevoir la croissance de matériaux cristallins composés de pépites d’or de la taille d’un nanomètre – Eurasia Review

Un solide régulier est constitué d’atomes organisés en un réseau cristallin. Les propriétés chimiques des atomes et leur symétrie de réseau déterminent les propriétés d’un matériau, par exemple s’il s’agit d’un métal, d’un semi-conducteur ou d’un isolant électrique.

La symétrie du réseau peut changer en raison des conditions ambiantes telles que la température ou la haute pression, ce qui peut induire des transformations structurelles et convertir même un isolant électrique en un conducteur électrique, c’est-à-dire un métal.

Des entités identiques plus grandes telles que des nanoparticules ou des nanoclusters métalliques atomiquement fins peuvent également être disposées dans un réseau cristallin, formant ce que l’on appelle des métamatériaux. Cependant, les informations sur la manière de concevoir la croissance de ces matériaux à partir de leurs éléments constitutifs sont rares, car la croissance cristalline est un processus d’auto-assemblage typique.

Aujourd’hui, les premières informations sur la croissance géométrique des cristaux par des nanoclusters métalliques de précision atomique ont été obtenues dans une étude menée par des chercheurs à Singapour, en Arabie saoudite et en Finlande. Ils ont synthétisé des amas métalliques constitués de seulement 25 atomes d’or, d’un nanomètre de diamètre.

Ces grappes sont solubles dans l’eau en raison des particules de liaison qui protègent l’or. Ce matériau en grappe est connu pour s’auto-assembler en monocristaux compacts bien définis lors de l’évaporation d’un solvant aqueux.

Cependant, le chercheur a trouvé un nouveau concept de régulation de la croissance cristalline en ajoutant des ions moléculaires de tétraalkylammonium dans le solvant. Ces ions affectent la chimie de surface des amas d’or, et il a été observé que leur taille et leur concentration influencent la taille, la forme et la morphologie des cristaux formés. Remarquablement, des images de microscopie électronique à haute résolution de certains cristaux ont révélé qu’ils sont constitués de chaînes polymères de groupes avec des liaisons entre les molécules de quatre atomes d’or (voir figure). La chimie de surface démontrée ouvre désormais de nouvelles voies pour l’ingénierie des métamatériaux métalliques à base de masse afin d’étudier leurs propriétés électroniques et optiques.

Les matériaux de cluster ont été synthétisés à l’Université nationale de Singapour, la microscopie électronique a été réalisée à l’Université des sciences et technologies du roi Abdallah en Arabie saoudite et la modélisation théorique a été réalisée à l’Université de Jyväskylä, en Finlande.