Tutkijat löysivät uuden tavan valmistaa toiminnallisia materiaaleja metalliklusterien polymeereistä
Klusterimateriaalit valmistettiin liuoksessa sekoittamalla kulta- ja hopeasuolaa sekä klustereiden kasvua rajoittavaa orgaanista ligandimolekyyliä (etynyyliadamantaani). Liuottimena käytettiin joko metanoli/kloroformi- tai metanoli/dikloorimetaani -seosta. Synteesi tuotti kummassakin liuottimessa atomirakenteeltaan täsmälleen samanlaisen 34 atomin klusterin, mutta metanoli/dikloorimetaani-liuoksessa klusterit polymerisoituivat muodostamalla metallli-metalli-sidoksia.
Polymerisoituneet klusteriketjut tuottivat noin hiuksen paksuisia yksittäiskidemateriaaleja. Niillä oli puolijohteen tapainen sähkönjohtavuus polymeeriketjun suunnassa, mutta ketjun poikkisuunnissa ne olivat sähköisiä eristeitä. Tämän käyttäytymisen syynä on se, että polymeeriketjut on eristetty toisistaan ligandimolekyyleillä mutta sähkönjohtavuus on mahdollista metalli-metalli-sidosten kautta polymeeriketjun suunnassa.
Syntyneiden polymeerikiteiden voidaan ajatella olevan kuten nipuksi pinottu suuri määrä eristeen ympäröimiä hyvin ohuita johtavia lankoja.
Supertietokone apuna nanomateriaalin tutkimisessa
Klusterimateriaalia tutkittiin laskennallisesti käyttäen tiheysfunktionaaliteoriaa. Simulaatiot ennustivat, että materiaalilla on 1.3 elektronivoltin suuruinen energia-aukko elektronisen perustilan ja ensimmäisen viritystilan välillä, mikä on tyypillinen arvo puolijohteelle. Optiset ja sähkönjohtavuusmittaukset vahvistivat teoreettisen tuloksen energia-aukon suuruudelle. Kiteiden sähkönjohtavuus testattiin transistorimittauksilla, jotka osoittivat materiaalin käyttäytyvän p-tyyppisen puolijohteen tavoin. Mittauksissa havaittiin noin 1800-kertainen suuntariippuva ero sähkönjohtavuudessa kiteen eri suunnissa.
”Yllätyimme siitä, että liuotinmolekyylin valinnalla oli niin suuri vaikutus klusterimateriaalin lopulliseen rakenteeseen ja ominaisuuksiin. Havaintomme oli todennäköisesti onnekas, mutta toivomme että tuloksemme näyttävät suuntaviivoja tulevaisuuden tutkimuksille, joissa halutaan suunnitella muita toiminnallisia nanorakenteisia materiaaleja”, kommentoi tutkimuksen kokeellista osaa johtanut professori Nanfeng Zheng Xiamenin yliopistosta.
”Tämä tutkimus toi esiin yhden mielenkiintoisen esimerkin siitä, kuinka nanomateriaalin makroskooppisia ominaisuuksia ja toiminnallisuutta voidaan lähteä muokkaamaan jo ”pohjalta-ylös” -valmistusvaiheessa. Tämän klusterimateriaalin teoreettinen tutkiminen oli laskennallisesti haastavaa, sillä meidän piti valmistaa varsin suuri laskentamalli, jotta pystyimme ottamaan huomioon polymeerisen klusterikiteen jaksollisuuden. Tässä hyödyimme paljon siitä, että pystyimme käyttämään simulaatioissa yhtä Euroopan suurinta supertietokonetta”, sanoo tutkimuksen teoreettista osaa johtanut akatemiaprofessori Hannu Häkkinen Jyväskylän yliopistosta.
Häkkisen tutkimusryhmästä yhteistyöhön osallistuivat myös tutkijakoulutettava Elli Selenius ja yliopistotutkija Sami Malola. Suomen Akatemia tuki Jyväskylässä tehtävää tutkimusta. Klusterimateriaalin teoreettisen tutkimuksen vaatimiin massiivisiin simulaatioihin käytettiin PRACE-organisaation myöntämää laskentaresurssia Barcelonan superlaskentakeskuksessa.
Linkki artikkeliin Nature Communications –julkaisuun 6. toukokuuta: https://www.nature.com/articles/s41467-020-16062-6
Artikkelin tiedot: P. Yuan et al.: ”Solvent-mediated assembly of atom-precise gold–silver nanoclusters to semiconducting one-dimensional materials”, Nature Communications, 6.5.2020, DOI: 10.1038/s41467-020-16062-6
Lisätietoja:
Hannu Häkkinen, Jyväskylän yliopisto, hannu.j.hakkinen@jyu.fi, +358 400 247 973
Yang Cao, Xiamenin yliopisto, yangcao@xmu.edu.cn
Nanfeng Zheng, Xiamenin yliopisto, nfzheng@xmu.edu.cn
Tiedottaja Tanja Heikkinen, tanja.s.heikkinen@jyu.fi, +358 50 581 8351
Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta
https://www.jyu.fi/science/fi
Twitter: jyscience
Avainsanat
Kuvat
Tietoja julkaisijasta
Jyväskylän keskustassa sijaitsevan yliopiston kauniilla puistokampuksella sykkii monitieteinen ja moderni tiedeyliopisto – ihmisläheinen ja dynaaminen yhteisö, jonka 2500 asiantuntijaa ja 15 000 opiskelijaa etsivät ja löytävät vastauksia huomisen kysymyksiin. Jyväskylän yliopisto on ollut tulevaisuuden palveluksessa jo vuodesta 1863, jolloin suomenkielinen opettajankoulutus sai alkunsa täältä. Voimanlähteenämme on moniarvoinen vuoropuhelu tutkimuksen, koulutuksen ja yhteiskunnan välillä. Vaalimme tutkimuksen ja koulutuksen tasapainoa sekä ajattelun avoimuutta – sytytämme taidon, tiedon ja intohimon elää viisaasti ihmiskunnan parhaaksi. www.jyu.fi
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Jyväskylän yliopisto
Taiteen ja kulttuurin valtionavustusten leikkaukset uhkaavat toiminnan kehittämistä ja kansainvälistymistä, todetaan tuoreessa tutkimuksessa25.6.2025 12:05:37 EEST | Tiedote
Taiteen ja kulttuurin (harkinnanvaraisten) valtionavustusten leikkaukset koettelevat lähes kaikkia tukea saavia organisaatioita, erityisesti yhdistyksiä. Vaikka leikkaukset heikentävät perustoimintaa, ne rajoittavat ennen kaikkea toiminnan kehittämistä ja kansainvälistymistä, todetaan Jyväskylän yliopiston tuoreessa tutkimuksessa. Selvityksen tilasi opetus- ja kulttuuriministeriö.
Jyväskylän yliopiston uusi diagnostisten terveystieteiden maisteriohjelma tarjoaa jatkotutkintoväylän bioanalyytikoille ja röntgenhoitajille25.6.2025 07:05:00 EEST | Tiedote
Jyväskylän yliopistossa alkaa täysin uusi diagnostisten terveystieteiden maisteriohjelma, joka tarjoaa jatkokoulutusmahdollisuuden erityisesti bioanalyytikoille ja röntgenhoitajille. Vastaavaa tiedeyliopistotasoista koulutusta ei Suomessa ole muualla tarjolla.
Sosiaali- ja terveysministeriöltä 1,1 miljoonaa euroa rahoitusta Jyväskylän yliopiston sosiaalityön tutkimushankkeille24.6.2025 09:24:49 EEST | Tiedote
Sosiaali- ja terveysministeriö on myöntänyt valtionavustusta 18 sosiaalityön yliopistotasoiselle tutkimushankkeelle. Tutkimushankkeiden tavoitteena on vahvistaa sosiaalityön ja sosiaalihuollon vaikuttavuutta, laatua ja asiakasturvallisuutta sekä asiakkaiden osallisuutta ja toimijuutta sosiaalihuollossa.
Jyväskylän Kesän puheohjelmassa pohditaan sivistyksen merkitystä ajassa24.6.2025 07:45:00 EEST | Tiedote
Tänä vuonna Jyväskylän Kesän sivistys-teemaisessa puheohjelmassa tarkastellaan muun muassa sananvapauden ja vastuun suhdetta, koulutuksen ja demokratian tulevaisuutta sekä arkkitehtuurin roolia yhteiskunnassa. Festivaaliviikolla 2.–7.7.2025 voi osallistua myös tiedettä ja taidetta yhdistävälle luontoretkelle, jaloitella ajatuksiaan filosofien opastamana, tutustua niityn perustamiseen niittytalkoisiin osallistumalla.
Sivistyksen vuoksi -kirjan tavoitteena on sivistyneen elämän kunnianpalautus: Tervetuloa kirjan julkistamistilaisuuteen Jyväskylän Kesän avajaispäivänä ke 2.7.23.6.2025 09:09:04 EEST | Tiedote
Sivistys ei kuulu vain harvoille ja valituille, vaan meille kaikille. Sivistyksen vuoksi -kirjan kantava ajatus on, että sivistyksen tavoittelu niin yksilön kuin yhteiskunnan tasolla rakentaa merkityksellistä, hyvää elämää. Kirjan 32 kirjoittajaa käsittelevät sivistystä eri näkökulmista kirkastaen sivistyksen olemusta, kielen ja kulttuurin sivistävää voimaa, ruumiin sivistystä, polarisaation ja sivistyksen suhdetta sekä sivistyksen merkitystä yksilöllisenä ja yhteiskunnallisena tavoitteena. Kirjoittajajoukkoon kuuluvat muun muassa Tarja Halonen, M. A. Numminen, Jarkko Martikainen, Kirsi Piha, Juha Hurme, Julia Thurén ja Piia Viitanen.
Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme