p A ordenação precisa em superredes bidimensionais (2-D) e tridimensionais (3-D) formadas pela automontagem de nanocristais individuais (NCs) permite o controle do magnético, óptico, e acoplamento eletrônico entre os NCs individuais. Este controle pode levar a propriedades coletivas úteis, como coerência vibracional, transições reversíveis de metal para isolador, condutividade melhorada, transporte de elétrons dependente de spin, ferro e ferrimagnetismo aprimorado, magnetotransporte sintonizável, e transporte de carga eficiente. Essas propriedades têm muitas aplicações potenciais em células solares, transistores de efeito de campo, dispositivos emissores de luz, fotodetectores, e fotocondutores. p Devido ao posicionamento preciso dos NCs dentro de uma superrede 3-D, tais sistemas são frequentemente referidos como “supercristais” (SCs) em analogia aos cristais formados por átomos. Mas, ao contrário dos cristais atômicos, Os SCs oferecem a flexibilidade de ajustar a distância entre as partículas devido à presença da casca “macia” de ligantes orgânicos que podem ser usados ​​para controlar propriedades coletivas em tais estruturas. A estabilidade estrutural e a compressibilidade são características fundamentais de qualquer sistema 3-D.

p Uma equipe de pesquisadores do Centro de Laboratório Nacional de Argonne para Materiais em nanoescala, a Divisão de Ciência de Raios-X da Fonte Avançada de Fótons de Argonne (APS), GeoSoilEnviroCARS da Universidade de Chicago, que opera o Setor 13 na APS, e a Northwestern University relataram sobre a primeira combinação quase-hidrostática, alta pressão, estudos de espalhamento de raios-x de baixo ângulo (SAXS) e difração de micro-raios (XRD) em facetas individuais, Supercristais 3-D auto-montados a partir de nanocristais de PbS coloidais de 7,0 nm. A combinação das técnicas SAXS e XRD permitiu uma avaliação precisa do espaçamento entre as partículas durante o ciclo de pressão, uma vez que a mudança de volume dos NCs individuais foi levada em consideração. O néon foi utilizado como meio transmissor de pressão para evitar a possibilidade de lixiviação de ligantes orgânicos da superfície dos NCs e perda da integridade estrutural dos SCs devido à sinterização. Experimentos SAXS de célula de bigorna de diamante (DAC) na faixa de pressão do ambiente a 12,5 GPa, realizado na linha de feixe de raios-X 12-ID-C da Divisão de Ciência de Raios-X no APS, revelou estabilidade estrutural quase perfeita dos SCs, com organização da ANAF das CNs. Os experimentos de XRD, que foram realizadas na linha de feixe de raios-x 13-ID-D GeoSoilEnviroCARS no APS, demonstraram que os NCs têm forte orientação preferencial de NCs individuais em SCs até ~ 55 GPa que é preservada durante o ciclo de pressão.

p As propriedades mecânicas dos NCs individuais, seus SCs, e a matriz do ligante foi analisada usando a equação de estados derivada dos dados de compressão produzidos por SAXS e XRD. O módulo de volume de pressão ambiente dos SCs foi calculado em ~ 5 GPa durante a compressão e ~ 14,5 GPa durante o ciclo de liberação, respectivamente. NCs foram encontrados para passar por transição de fase de primeira ordem acima de 8 GPa, e a transformação prossegue por meio de um único evento de nucleação (dentro de uma faixa de pressão de 8,1-9,2 GPa) durante a primeira transição, e nucleação heterogênea durante a segunda transformação da fase intermediária (que ainda não foi identificada) para a estrutura CsCl. Um módulo de bulk para a matriz de ligante de ~ 2,2-2,95 GPa é uma ordem de magnitude maior do que a observada no estudo de nanoindentação.

p A alta estabilidade estrutural dos SCs e a capacidade de ajustar o espaçamento entre as partículas parecem oferecer a promessa de uma maior manipulação das propriedades coletivas de sólidos artificiais auto-organizados, incluindo as estruturas que consistiam em NCs transformados em altas pressões em uma fase diferente. A combinação de XRD e SAXS de alta pressão oferece oportunidades únicas para obter informações diretas sobre as propriedades mecânicas de blocos de construção individuais e suas arquiteturas hierárquicas.