Nuove prospettive sulle sintesi di materiali avanzati: ricerca UniPa sul processo di formazione dei super reticoli binari di nanocristalli pubblicata su Nature Synthesis
I risultati di una ricerca innovativa sul processo di formazione dei super reticoli binari di nanocristalli (Binary Nanocrystal SuperLattices in inglese, BNSL), diretta dal prof. Emanuele Marino dell’Università degli Studi di Palermo e dal prof. Christopher Murray dell’Università della Pennsylvania in collaborazione con il dott. R. Allen LaCour e la prof.ssa Sharon Glotzer dell’Università del Michigan, sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Nature Synthesis con uno studio dal titolo “Crystallization of binary nanocrystal superlattices and the relevance of short-range attraction”.
«I super reticoli binari di nanocristalli – spiega il prof. Emanuele Marino, ricercatore presso il Dipartimento di Fisica e Chimica di UniPa – rappresentano una classe particolarmente interessante di materiali avanzati, in cui nanocristalli di diverse composizioni e dimensioni si organizzano spontaneamente in complesse strutture cristalline tridimensionali. Questo processo di formazione è guidato da interazioni specifiche tra i nanocristalli, che possono essere modulate per ottenere proprietà uniche e su misura del prodotto finito. Ad esempio, la combinazione di nanocristalli semiconduttori e magnetici potrebbe portare alla modulazione della emissione laser tramite l’utilizzo di un campo magnetico. Tuttavia, prima di potere sfruttare tali effetti abbiamo bisogno di comprendere nel dettaglio il processo di formazione dei BNSL.
Siamo riusciti a svelare i dettagli della formazione dei BNSL tramite esperimenti di diffusione di raggi X, all’avanguardia per risoluzione spettrale e temporale, condotti presso il sincrotrone americano National Synchrotron Light Source II (Brookhaven National Laboratory, New York). Abbiamo scoperto che la formazione dei BNSL avviene su due scale temporali distinte: il processo di nucleazione e crescita dei super reticoli si svolge in una scala temporale breve, misurabile in pochi secondi, mentre la successiva densificazione richiede diverse ore.
L’interpretazione dei nostri esperimenti è stata supportata da simulazioni molecolari dettagliate che ci hanno permesso di concludere che i BNSL si formano tramite un processo di nucleazione omogenea e diretta, quindi senza la formazione di fasi solide intermedie. Questa scoperta rivoluzionaria apre la strada a nuove prospettive nella progettazione e nella sintesi mirata di materiali avanzati con una vasta gamma di applicazioni pratiche, dalla fotonica alla elettronica alla catalisi.
I risultati dello studio sottolineano l'importanza cruciale dei nanocristalli e dei super reticoli nella frontiera della nanotecnologia come strumento per costruire materiali avanzati. Questo lavoro è particolarmente rilevante alla luce del recente Premio Nobel per la Chimica del 2023, assegnato per la scoperta e la sintesi dei nanocristalli di materiale semiconduttore, anche noti come quantum dots.
Questo studio – conclude il prof. Marino – rappresenta un esempio eccellente di come la collaborazione tra istituzioni di ricerca possa portare a progressi significativi nella comprensione e nell'applicazione pratica dei materiali avanzati».
