Uma equipe liderada por pesquisadores das Cidades Gêmeas da Universidade de Minnesota descobriu um processo inovador de uma etapa para a criação de materiais com propriedades únicas, chamados metamateriais. Seus resultados mostram a possibilidade realista de projetar estruturas semelhantes automontadas com o potencial de criar nanoestruturas "sob medida" para ampla aplicação em dispositivos eletrônicos e ópticos.

A pesquisa foi publicada e destaque na capa da Nano Letras , um jornal científico revisado por pares publicado pela American Chemical Society.

Em geral, metamateriais são materiais feitos em laboratório, a fim de fornecer dados físicos específicos, químico, elétrico, e propriedades ópticas impossíveis de encontrar em materiais de ocorrência natural. Esses materiais podem ter propriedades exclusivas que os tornam ideais para uma variedade de aplicações, desde filtros ópticos e dispositivos médicos até isolamento acústico de aeronaves e monitoramento de infraestrutura. Normalmente, esses materiais em nanoescala são produzidos meticulosamente em um ambiente especializado de sala limpa durante dias e semanas em um processo de fabricação de várias etapas.

Nesta nova pesquisa, uma equipe da Universidade de Minnesota estava estudando um material de película fina chamado estanato de estrôncio ou SrSnO3. Durante sua pesquisa, eles notaram a surpreendente formação de padrões de tabuleiro de xadrez em nanoescala semelhantes às estruturas de metamateriais fabricadas no caro, processo de várias etapas.

"No começo pensamos que isso devia ser um engano, mas logo percebi que o padrão periódico é uma mistura de duas fases do mesmo material com diferentes estruturas de cristal ", disse Bharat Jalan, o autor sênior do estudo e um especialista em síntese de materiais que é presidente da Shell no Departamento de Engenharia Química e Ciência de Materiais da Universidade de Minnesota. "Depois de consultar colegas da Universidade de Minnesota, Universidade da Geórgia, e a City University of New York, percebemos que podemos ter descoberto algo muito especial que pode ter algumas aplicações exclusivas. "

O material havia se organizado espontaneamente em uma estrutura ordenada à medida que mudava de uma fase para outra. Durante o que é chamado de processo de "transição de fase estrutural de primeira ordem", o material passou para uma fase mista em que algumas partes do sistema completaram a transição e outras não.

"Esses padrões periódicos em nanoescala são a consequência direta da transição de fase estrutural de primeira ordem neste material, "disse o professor de mecânica e engenharia aeroespacial da Universidade de Minnesota, Richard James, um co-autor do estudo e um distinto professor da Universidade McKnight. "Pela primeira vez, nosso trabalho permite uma série de possibilidades para a utilização de transformações de fase estruturais reversíveis com sistemas nanoeletrônicos e fotônicos. "

Na verdade, a equipe demonstrou um processo pela primeira vez, auto-montado, nanoestrutura ajustável para criar metamateriais em apenas uma etapa. Os pesquisadores conseguiram ajustar a capacidade de armazenar a propriedade de carga elétrica em um único filme usando a temperatura e o comprimento de onda do laser. Eles criaram efetivamente um material de cristal fotônico variável com eficiência de 99%.

Usando microscópios eletrônicos de alta resolução, os pesquisadores confirmaram a estrutura única do material.

"Observamos que os limites entre essas fases cristalográficas foram claramente definidos na escala atômica, o que é notável para um processo de automontagem, "disse o professor Andre Mkhoyan, um co-autor do estudo, um especialista em microscopia eletrônica avançada, e Ray D. e Mary T. Johnson / Mayon Plastics Chair no Departamento de Engenharia Química e Ciência de Materiais da Universidade de Minnesota.

Os pesquisadores agora estão olhando para aplicações futuras para sua descoberta em dispositivos ópticos e eletrônicos.

“Quando começamos esta pesquisa, nunca pensamos sobre essas aplicações. Fomos movidos pelo estudo fundamental da física do material, "Jalan disse." Agora, de repente, parece que abrimos uma área de pesquisa completamente nova, que é impulsionado pela possibilidade de muitas aplicações novas e interessantes. "