Нанопроизводство достигает нового уровня сложности
 Пример узора, имеющего 12-кратную вращательную симметрию. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
До 1980-х годов многие ученые считали, что дальний порядок невозможен в физических системах без периодичности. Они считали, что атомы упакованы внутри кристаллов в симметричные узоры, которые повторяются в пространстве снова и снова, т.е. само по себе это повторение было необходимо для получения кристалла. Однако в 1984 году группа ученых из Technion-Israel institute of Technology (Израиль) обнаружила квазикристаллы – материалы, в которых присутствует дальний порядок без периодичности. Свое открытие они сделали во время изучения образцов сплава алюминия с марганцем. Ученые обнаружили, что атомы в этом сплаве были упакованы в икосаэдрическую картину, которая просто не может быть повторена в пространстве. Однако эта картина имела 10-кратную вращательную симметрию.
Согласно положениям математики, система имеет n-кратную вращательную симметрию, если она не изменяет свой вид после поворота на 360/n градусов вокруг некоторой точки. Следовательно, образец, имеющий 10-кратную симметрию, переходит сам в себя при повороте на 36 градусов. Перед открытием израильских ученых считалось, что реальный физический кристалл может иметь 1-, 2-, 3-, 4- или 6-кратную вращательную симметрию, а остальные варианты запрещены законами кристаллографии.
Начиная с 1984 года, ученые обнаружили уже сотни различных квазикристаллов, в том числе икосаэдрические структуры, а также формы, имеющие 2-, 3- и 5-кратную симметрию вращения. Встречаются также структуры с 8–кратной, 10-кратной и даже 12-кратной симметрией, которые демонстрируют «запрещенные» варианты вращательной симметрии в двумерной плоскости, но при этом периодичны по направлению, перпендикулярному этой плоскости. Теперь же группа ученых из Northwestern University (США) утверждает, что предложенная ими методика муаровой литографии позволяет создавать квазикристаллы с ошеломляющей 36-кратной симметрией вращения.
Эффект муара известен уже довольно давно. Его можно обнаружить в реальной жизни при наложении двух периодических рисунков. При их повороте друг относительно друга картина будет непрерывно меняться – так можно создать новые, более сложные узоры. Муаровая нанолитография работает по сходному принципу: она опирается на интерференцию двух узоров, перекрывающихся под определенным углом. При этом использующиеся в основе двумерные периодические шаблоны могут иметь большую площадь, изготавливаясь методом фотолитографии.
В реализованном эксперименте ученые смогли продемонстрировать на практике невиданную ранее 36-кратную вращательную симметрию. Одна из областей, где могут очень пригодиться подобные нанокристаллы – создание солнечных батарей, ведь благодаря своему всенаправленному дизайну подобные структуры могут эффективно задерживать фотоны, поступающие под любыми углами.
Подробные результаты работы ученых опубликованы в журнале Nano Letters.
Также по теме:
- Светопись в наномасштабе становится реальностью
- Методики нанолитографии развиваются благодаря магнитному полю
- Ученые из США «взломали» проблему производства монокристаллов наноразмера
- Использование наногетеропереходов позволяет улучшить солнечные батареи
- Капсулы из графена помогают наблюдать за процессом роста нанокристаллов
Источники: