研究人员首次对纳米晶体迅速形成超晶格的过程进行了成像。对这些纳米晶体在几秒钟内如何形成超晶格的新见解可以使其可以更好地控制其结构，并在此过程中改善其电子功能。
形成超晶格的过程 是由对准的交替的纳米材料层构成的结构，已经存在了数十年。通常需要几天或几周的时间才能自己组装成他们的最终结构。然而，去年，SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学的研究人员观察到，这些结构可能形成得更快。
现在，在“ 自然 ”杂志上所述的研究中，SLAC和斯坦福大学的研究人员使用了SLAC的斯坦福同步辐射光源（SSRL）的X射线束来观察纳米晶体的快速生长及其形成为超晶格。
斯坦福大学化学工程助理教授Matteo Cargnello说，“解释这个过程如何发生，如何受合成参数的影响，以及如何利用它来制作订购的组件是我们发现的要点。”该论文的作者在与IEEE Spectrum的电子邮件采访中。
在去年合成钯纳米晶体时，最初观察到这种快速生长行为。最初的研究还表明，类似的机理在其他金属体系（如铁）和半导体材料（如碲化铅）中是有活性的。
“我们现在认为，这种纳米晶体生长和组装的机制更为普遍，并且可能扩展到许多其他胶体体系，唯一的区别在于温度和纳米晶体生长条件，这取决于材料体系。”Cargnello说。
Cargnello和他的同事认为，这种晶体生长成像应该揭示一种更好的控制它的方法。
Cargnello领导研究的员工科学家Chris Tassone告诉IEEE Spectrum，“现在我们了解所涉及的力量的大小和平衡，我们开始了解引导这种自组装过程的标准 。“这可以使我们在更复杂的系统中进行这个过程，并且可能在由多种类型的纳米晶体组成的系统中进行设计。这将导致更复杂的具有紧急属性的超晶体。
然而，科学家承认，在开始实现这一道路之前，他们仍然需要花费大量的时间研究同质系统中的这种自组装过程。
“我们仍然需要探索和理解这些有序材料的迷人应用 - 例如，这些微小的事物如何相互交互，或者如何储存能源/信息，或者如何能够使光采集和电子化运输在新材料集会，“Cargnello说。
研究人员承认，仍然存在根本问题仍然没有得到答复，例如纳米晶体在有序组件内部如何继续增长，以及如何形成包含多种材料的组装。尽管如此，研究人员认为，这种实现有序系统的方法可以使得研究这些特性变得更加容易，并且可以通过从该成像获得的知识获得有意义的进展。
用于对该生长进行成像的技术称为小角度X射线散射。通过用x射线照射含有前体的溶液，并通过分析由于它们“反弹”样品中所含的材料（例如纳米晶体）而产生的X射线起作用。因为X射线的散射行为根据样品中材料的尺寸而有所不同，所以可以了解这些材料在溶液中的大小，它们如何增加尺寸，或者如何相互靠近以形成更大的组件（超晶格）。
“它不是一种新技术，因为它已经使用多年来在纳米晶体的解决方案，但这是这个技术是第一次用来观察纳米晶体生长在同一个解决方案，在实验室使用他们，“Cargnello说。“由于我们正在观察纳米晶体实时增长的事实，我们能够理解，在生长的同时，它们将组装成有序的材料（超晶格），而纳米晶体的尺寸也在不断增长。
在未来的研究中，科学家计划开发连续反应堆，用于生长结构和分析其性质。
Cargnello补充说：“我们对催化过程特别感兴趣，这些精确的材料可以用于挑战性变革，并选择性地生产可持续未来的燃料和化学品。”
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