Нанокристаллы — это микроскопические кристаллы, обладающие необычными с точки зрения маркомира свойствами. Один из самых известных примеров — квантовые точки, которые в 2023 году принесли своим создателям Нобелевскую премию по химии. Однако до сих пор ученым удавалось получать нанокристаллы лишь из ограниченного круга веществ, и многие перспективные материалы оставались недоступными, сообщает Science Daily.

Нитриды металлов — соединения металлов с азотом — широко применяются в промышленности: из нитрида галлия делают светодиоды и дисплеи, нитрид титана используют в медицинских имплантатах, нитрид ниобия — как сверхпроводник, а нитрид молибдена — как катализатор. Проблема в том, что эти материалы обладают чрезвычайно прочными химическими связями. При формировании кристаллов ионы должны иметь возможность перестраиваться, но в нитридах связи настолько сильны, что ионы не хотят менять положение.

Для того чтобы обойти это фундаментальное ограничение, исследователи из Чикагского университета и Аргоннской национальной лаборатории применили два новшества. Во-первых, они использовали в качестве жидкой среды расплавленные соли, которые стабилизируют растущие нанокристаллы. Во-вторых, после множества экспериментов они нашли нужную комбинацию температуры и давления аммиака, при которой связи между металлом и азотом все же могут разрываться и переформировываться, позволяя кристаллической решетке выстраиваться правильно.

«Этот процесс весьма необычен — он противоречит всем разумным представлениям, принятым в данной области, — отметил Дмитрий Талапин, главный автор статьи. — Нам пришлось полностью пересмотреть подход».

Метод оказался универсальным: команда получила нанокристаллы почти десятка различных нитридов, включая нитрид галлия, титана, ниобия и молибдена. Теперь эти материалы можно будет смешивать с полимерами, наносить струйной печатью, встраивать в ткани и создавать гибкие устройства нового поколения.

Международная группа ученых создала и экспериментально продемонстрировала материал, который не просто пропускает или отражает свет, а может менять свои оптические свойства в такт с частотой самого света — и делать это в миллиардные доли секунды. Фотонный темпоральный кристалл открывает путь к сверхбыстрым оптическим компьютерам, новым системам связи и, возможно, к созданию лазеров совершенно нового типа.