تیمی به سرپرستی محققان دانشگاه توئین‌سیتی مینه‌سوتا، فرایند پیشگامانه یک مرحله‌ای برای ایجاد موادی با ویژگی‌های منحصر به فرد کشف کردند که فراماده نامیده می‌شود. نتایج این گروه احتمالا بتواند برای طراحی ساختارهای خودآرا و نانوساختارهایی برای کاربردهای گسترده در الکترونیک و دستگاه‌های نوری استفاده شود. نتایج این تحقیق در نشریه Nano Letters منتشر شده است.
روشی ساده و یک‌مرحله‌ای برای تولید فراماده
فراماده‌ها موادی هستند که در آزمایشگاه ساخته می‌شوند تا ویژگی‌های فیزیکی، شیمیایی، الکتریکی و نوری خاصی را فراهم کنند، خواصی که یافتن آن‌ها در مواد طبیعی غیرممکن است. این مواد می‌توانند ویژگی‌های منحصر به فردی داشته باشند که آن‌ها را برای انواع کاربردها از فیلترهای نوری و دستگاه‌های پزشکی گرفته تا عایق صدا ایده‌آل می‌کند. معمولاً این مواد در مقیاس نانو با سخت‌کوشی در طی روزها و هفته‌ها و در یک فرآیند ساخت چند مرحله‌ای در یک محیط مخصوص اتاق تمیز تولید می‌شوند.
در این پروژه، تیمی از دانشگاه مینه‌سوتا در حال مطالعه روی ماده‌ای از فیلم نازک به نام استرانسیم استنات یا SrSnO3 بود. در طول تحقیقات، آن‌ها متوجه شکل‌گیری الگوهای شطرنجی شگفت‌انگیز در مقیاس نانو مشابه ساختارهای فراماده‌ای شدند.
بارات جالان، نویسنده ارشد این مقاله و متخصص در سنتز مواد می‌گوید: «در ابتدا ما فکر کردیم که شاید جایی اشتباه کرده باشیم، اما خیلی زود متوجه شدیم که آن الگوی دوره‌ای مخلوطی از دو فاز از همان ماده با ساختارهای مختلف بلوری است. از مشورت با همکاران در دانشگاه مینه‌سوتا، دانشگاه جورجیا و دانشگاه سیتی نیویورک، متوجه شدیم که ممکن است چیز کاملاً ویژه‌ای کشف کرده باشیم که می‌تواند کاربردهای منحصر به فردی داشته باشد.»
این مواد با تغییر از یک فاز به فاز دیگر، خود به خود به یک ساختار سازمان یافته تبدیل شده بودند. در طی فرآیندی به نام «انتقال فاز ساختاری مرتبه اول»، مواد به یک فاز مختلط منتقل شدند که در آن برخی از قسمت‌های این سیستم انتقال را به اتمام رساندند و برخی دیگر آن را به اتمام نرساندند.
پروفسور ریچارد جیمز، مهندس هوافضا و مکانیک دانشگاه مینه‌سوتا، یکی از نویسندگان این مقاله و استاد برجسته دانشگاه مک کونیت می‌گوید: «این الگوهای دوره‌ای در مقیاس نانو نتیجه مستقیم انتقال فاز ساختاری مرتبه اول در این ماده است.»
محققان این پروژه برای اولین بار فرآیندی ارائه کردند که در آن با خودآرایی، امکان تولید فراماده را تنها در یک مرحله فراهم می‌کند. آن‌ها یک ماده بلوری فوتونیک با ۹۹ درصد کارایی ایجاد کردند. محققان با استفاده از میکروسکوپ‌های الکترونی با وضوح بالا ساختار منحصر به فرد این ماده را تأیید کردند. در حال حاضر این گروه تحقیقاتی به دنبال کاربردهای جدید این ماده در دستگاه های نوری و الکترونیکی هستند.
