Ein Team der Michigan State University hat eine neuartige Methode zum „Zeichnen“ von Kristallen entwickelt. Diese innovative Laserkristall-Zeichnungstechnologie ermöglicht die On-Demand-Erzeugung von Kristallen zu bestimmten Zeiten und an bestimmten Orten und bietet präzisere Materialherstellungsmöglichkeiten für Bereiche wie Solarzellen, LED-Beleuchtung und medizinische Bildgebung. Dieser Durchbruch wurde in der neuesten Ausgabe von ACS Nano, einer Zeitschrift der American Chemical Society, veröffentlicht.
Kristalle sind allgegenwärtig, von Fernsehbildschirmen und Rauchmeldern bis hin zu Ultraschallgeräten und Sonarsystemen. Ihre einzigartigen optischen und elektrischen Eigenschaften unterstützen den modernen technologischen Fortschritt. Allerdings führen herkömmliche Wachstumsmethoden oft dazu, dass sich Kristalle zu zufälligen Zeiten und an zufälligen Orten bilden, was es schwierig macht, Qualität und Konsistenz sicherzustellen. Diese Unsicherheit hat die Herstellung von Hochleistungsgeräten lange Zeit eingeschränkt.
Um dieser Herausforderung zu begegnen, setzte das Team ultraschnelle Lasertechnologie ein, um die erste-Zeichnung von Kristallen im Nanomaßstab zu erreichen. Für ihre Experimente wählten sie Bleihalogenid-Perowskit-Kristalle-Materialien mit bedeutenden Anwendungen in LEDs, Solarzellen und medizinischer Bildgebung.
Im Gegensatz zu früheren komplexen Kristallwachstumsschritten verwendete das Team keine Impfkristalle als Vorlagen. Stattdessen zielten sie mit einem Laser auf ein winziges, glänzendes Goldnanopartikel -weniger als ein-Tausendstel des Durchmessers eines menschlichen Haares-. Wenn ein einzelner Laserpuls auf die Oberfläche des Nanopartikels traf, erzeugte er eine sofortige Erwärmung, die durch diese Wechselwirkung das Kristallwachstum induzierte. Mithilfe der Hochgeschwindigkeitsmikroskopie konnten sie diesen Vorgang sogar in Echtzeit beobachten.
Diese Laserkristall-Zeichnungsmethode ähnelt der Lasergravur auf Metall oder Holz. Es verbessert nicht nur die Kontrollierbarkeit der Kristallherstellung, sondern bietet auch neue Forschungswerkzeuge für Bereiche wie Energie, Elektronik und Quantentechnologie. Gleichzeitig hilft es Chemikern, das seit langem bestehende Geheimnis der Kristallbildung besser zu verstehen.
Mit dieser Methode kann das Team genau steuern, wann und wo Kristalle wachsen. Sie können am Mikroskop sitzen und den allerersten Moment der Geburt eines Kristalls miterleben und seine Wachstumsrichtung bestimmen. Als nächstes planen sie, Laser mit mehreren Farben zu verwenden, um komplexere Kristallmuster zu „zeichnen“ und zu versuchen, neuartige Materialien herzustellen, die mit herkömmlichen Methoden nicht erreichbar sind.
