Een team van de Michigan State University heeft een nieuwe methode ontwikkeld voor het ‘tekenen’ van kristallen. Deze innovatieve technologie voor het tekenen van laserkristallen maakt de on-generatie van kristallen op specifieke tijdstippen en locaties mogelijk, waardoor nauwkeurigere materiaalproductiemogelijkheden worden geboden voor gebieden zoals zonnecellen, LED-verlichting en medische beeldvorming. Deze doorbraak werd gepubliceerd in het laatste nummer van ACS Nano, een tijdschrift van de American Chemical Society.
Kristallen zijn alomtegenwoordig, van televisieschermen en rookmelders tot ultrasone apparaten en sonarsystemen. Hun unieke optische en elektrische eigenschappen ondersteunen de moderne technologische vooruitgang. Traditionele groeimethoden resulteren echter vaak in de vorming van kristallen op willekeurige tijdstippen en locaties, waardoor het moeilijk wordt om kwaliteit en consistentie te garanderen. Deze onzekerheid heeft de productie van hoogwaardige apparaten lange tijd beperkt.
Om deze uitdaging aan te pakken, gebruikte het team ultrasnelle lasertechnologie om de eerste-'tekening' van kristallen op nanoschaal ooit te maken. Ze selecteerden loodhalogenide-perovskietkristallen voor hun experimenten met materialen met belangrijke toepassingen in LED's, zonnecellen en medische beeldvorming.
In tegenstelling tot eerdere complexe kristalgroeistappen gebruikte het team geen zaadkristallen als sjablonen. In plaats daarvan richtten ze zich op een klein, glanzend goud nanodeeltje-minder dan een-duizendste van de diameter van een mensenhaar-met een laser. Wanneer een enkele laserpuls het oppervlak van het nanodeeltje trof, genereerde het onmiddellijke verwarming, waardoor door deze interactie kristalgroei werd geïnduceerd. Met behulp van hoge-snelheidsmicroscopie konden ze dit proces zelfs in realtime observeren.
Deze laserkristaltekenmethode lijkt op lasergraveren op metaal of hout. Het verbetert niet alleen de beheersbaarheid van de kristalproductie, maar biedt ook nieuwe onderzoeksinstrumenten op gebieden als energie, elektronica en kwantumtechnologie. Tegelijkertijd helpt het scheikundigen het al lang bestaande mysterie van kristalvorming beter te begrijpen.
Met behulp van deze methode kan het team nauwkeurig bepalen wanneer en waar kristallen groeien. Ze kunnen achter de microscoop zitten en getuige zijn van het allereerste moment van de geboorte van een kristal, en zo de groeirichting ervan bepalen. Vervolgens zijn ze van plan lasers van meerdere kleuren te gebruiken om complexere kristalpatronen te 'tekenen' en te proberen nieuwe materialen te creëren die onbereikbaar zijn met traditionele methoden.
