研究人员开发了一种新的一步法来创建自组装超材料

由明尼苏达大学双城分校的研究人员领导的一个团队发现了一种开创性的一步法，用于制造具有独特特性的材料，称为超材料。他们的结果显示了设计类似自组装结构的现实可能性，具有创建“按订单构建”纳米结构的潜力，可广泛应用于电子和光学设备。

该研究发表在化学学会出版的同行评审科学期刊Nano Letters的封面上。

一般来说，超材料是在实验室中制造的材料，以提供特定的物理、化学、电学和光学特性，否则无法在天然材料中找到。这些材料具有独特的特性，使其成为从光学过滤器和医疗设备到飞机隔音和基础设施监控的各种应用的理想选择。通常，这些纳米级材料是在专门的洁净室环境中经过数天和数周的多步骤制造过程精心制造的。

在这项新研究中，明尼苏达大学的一个团队正在研究一种称为锡酸锶或 SrSnO3 的薄膜材料。在他们的研究中，他们注意到在纳米尺度上形成的棋盘图案令人惊讶，类似于在昂贵的多步骤工艺中制造的超材料结构。

“起初我们认为这一定是一个错误，但很快意识到周期性模式是具有不同晶体结构的相同材料的两相的混合物”该研究的资深作者、材料合成专家 Bharat Jalan 说。是明尼苏达大学化学工程和材料科学系的壳牌主席。“在与明尼苏达大学、佐治亚大学和纽约城市大学的同事协商后，我们意识到我们可能发现了一些非常特别的东西，可能有一些独特的应用。”

当材料从一个相变为另一个相时，它自发地组织成有序的结构。在所谓的“一级结构相变”过程中，材料进入混合相，其中系统的某些部分完成了转变，而其他部分则没有。

“这些纳米级周期性图案是这种材料中一级结构相变的直接结果，”明尼苏达大学航空航天工程和力学教授理查德詹姆斯说，他是该研究的合著者，也是麦克奈特大学的杰出教授。“这是第一次，我们的工作为利用纳米电子和光子系统的可逆结构相变提供了许多可能性。”

事实上，该团队展示了一个过程，用于制造有史以来第一个自组装、可调纳米结构，只需一步即可创建超材料。研究人员能够使用温度和激光波长调整在单个薄膜中存储电荷特性的能力。他们有效地创造了一种效率为 99% 的可变光子晶体材料。

研究人员使用高分辨率电子显微镜证实了该材料的独特结构。

“我们观察到，这些晶相之间的边界在原子尺度上有明确的定义，这对于自组装过程来说是非常了不起的，”该研究的合著者、高级电子显微镜专家安德烈·姆霍扬教授说。明尼苏达大学化学工程与材料科学系 Ray D. 和 Mary T. Johnson/Mayon Plastics 主席。

研究人员现在正在寻找他们在光学和电子设备中的发现的未来应用。

“当我们开始这项研究时，我们从未考虑过这些应用。我们受到材料物理基础研究的推动，”Jalan 说。“现在，突然之间，我们似乎开辟了一个全新的研究领域，这是由许多令人兴奋的新应用的可能性驱动的。”

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