В наше время в кармане брюк может поместиться мощный компьютер. Это стало возможным благодаря строительным блокам, которые с каждым годом становятся все меньше. Но чтобы развивать электронику в дальнейшем, ученым понадобится найти технологию, способную сделать такие блоки еще меньше.
Одна из таких технологий — нанокристаллы. Это крошечный материал, способный составлять различные конфигурации. Вот только до сих пор ученые не могли придумать, как заставить их взаимодействовать друг с другом, передавая электрический ток по всей конструкции суператомных строительных блоков, которые в будущем могут использоваться в производстве телефонов, камер и прочих важных элементов сегодняшнего быта.
Ученые способны взращивать нанокристаллы из абсолютно любых материалов. Однако главной проблемой являлось то, что сборе таких кристаллов вместе, они вырастали в структуру с длинными «волосами» вокруг. А такой нарост мешал электронам передвигаться между нанокристаллами.
Чтобы «сбрить» волосы, они стремились понять, что происходит на атомном уровне. Для этого им понадобилась помощь мощных рентгеновских лучей в Центре наноразмерных материалов в Аргонне и Стэнфордского источника синхротронного излучения в Национальной ускорительной лаборатории SLAC, а также мощные симуляции и модели химии и физики в игре. Все это позволило им понять, что происходит на поверхности, и найти ключ к использованию своего производства.
Часть процесса выращивания суперкристаллов осуществляется в растворе, то есть в жидкости. Оказывается, по мере роста кристаллы претерпевают необычное превращение, при котором сосуществуют газовая, жидкая и твердая фазы. Тщательно контролируя химию этой стадии, они могли создавать кристаллы с более твердой и тонкой поверхностью, которые могли быть упакованы вместе гораздо более плотно. «Понимание их фазового поведения стало для нас огромным шагом вперед», — сказал Портнер.
Полный спектр приложений остается неясным, но ученые могут думать о нескольких областях, в которых эта техника может привести. «Например, возможно, каждый кристалл мог бы быть кубитом в квантовом компьютере; соединение кубитов в массивы — одна из фундаментальных задач квантовой технологии прямо сейчас», — сказал Талапин.
Портнер также заинтересован в изучении необычного промежуточного состояния вещества, наблюдаемого во время роста суперкристаллов: «Сосуществование трех фаз, подобное этому, достаточно редко, поэтому интересно подумать о том, как использовать преимущества этой химии и создавать новые материалы».
