Лазеры и наночастицы золота позволили выращивать кристаллы по требованию

Исследователи из Университета штата Мичиган разработали метод «рисования» кристаллов по требованию с помощью лазеров и наночастиц золота. Эти кристаллы используются в солнечных панелях, светодиодном освещении и медицинской визуализации.

Кубик делителя пучка из лазерного оборудования группы Хареля. Автор: Пол Хендерсон, Финн Гомес / Колледж естественных наук

Прорыв, описанный в журнале ACS Nano, был достигнут путём воздействия на наночастицы золота одиночным лазерным импульсом.

«Мы только начинаем царапать поверхность возможного. Это открывает новую главу в том, как мы проектируем и изучаем материалы», — сказал Элад Харель, доцент кафедры химии и старший автор исследования.

Традиционные методы выращивания кристаллов часто приводят к их случайному формированию в непредсказуемых местах и времени, что создаёт проблемы для разработки передовых технологий.

Команда Хареля использовала короткие лазерные импульсы для воздействия на наночастицы золота, которые меньше одной тысячной ширины человеческого волоса. При попадании лазера частицы генерировали тепло, что запускало процесс кристаллизации перовскитов галогенида свинца.

Воздействие ультракороткими лазерами на наночастицы золота позволило команде «рисовать» кристаллы. Автор: Пол Хендерсон, Финн Гомес / Колледж естественных наук

С помощью специальных высокоскоростных микроскопов учёные смогли в реальном времени наблюдать за формированием кристаллов.

«С этим методом мы можем выращивать кристаллы в заданных местах и в заданное время», — сказал доктор Мд Шахджахан, научный сотрудник MSU (Университета штата Мичиган) и первый автор статьи. «Это как иметь место в первом ряду, чтобы наблюдать самые первые моменты жизни кристалла под микроскопом. Только здесь мы также можем направлять его развитие».

Общий вид лазерной лаборатории Хареля в MSU (Университета штата Мичиган). Автор: Пол Хендерсон, Финн Гомес / Колледж естественных наук

Теперь команда планирует эксперименты с использованием нескольких лазеров разных цветов для создания более сложных кристаллических структур и попыток синтезировать совершенно новые материалы, недоступные традиционными методами.

«Теперь, когда мы можем «рисовать» кристаллы лазерами, следующий шаг — создание более крупных и сложных паттернов и тестирование работы этих кристаллов в реальных устройствах», — добавил Харель.