Исследовательская группа из Чикагского университета добилась нового прогресса в области синтеза наноматериалов, обнаружив, что реакция катионного обмена в нанокубах начинается не одновременно со всех шести граней, а в первую очередь с одной. Результаты опубликованы в журнале Nature Synthesis.

Катионный обмен является важной стратегией реконструкции кристаллической решетки и может использоваться для синтеза новых нанокристаллов. Исследовательская группа использовала нанокубы арсенида меди в качестве шаблона и преобразовала их в арсенид индия и арсенид галлия посредством катионного обмена. Теоретически такие реакции могут происходить одновременно с шести поверхностей куба, однако эксперименты показали, что как только реакция начинается с одной грани, скорость обмена на остальных пяти гранях значительно снижается. Первый автор статьи, аспирант Чикагского университета Бину Ву, отметил, что это нарушение структурной симметрии связано с уменьшением вакансий меди на поверхности нанокубов и другими факторами, что указывает на то, что в некоторых ковалентных системах кинетика реакции может играть более важную роль в определении конечной структуры, чем термодинамика.

Для более наглядного описания этого процесса команда использовала модель клеточного автомата для симуляции. Они абстрагировали элементарные единицы нанокристалла в виде сфер, а изменение их расположения отражает переход кристаллической решетки от кубической к гексагональной. Для симуляции по этой модели требуется всего 14 КБ исходного кода, что делает ее гораздо более простой по сравнению с традиционными методами, такими как теория функционала плотности, и более удобной для понимания и применения исследователями.

Руководитель исследования, президент Чикагского университета Пол Аливисатос, заявил, что явление движения атомов таким систематическим образом представляет научный интерес, и данный метод может расширить спектр синтезируемых нанокристаллов, находя применение в производстве полупроводников, исследовании сложных химических процессов и других областях. Это исследование предоставляет новые теоретические перспективы и вычислительные инструменты для управления структурой наноматериалов.

Детали публикации: Авторы: Бину Ву и др., Название: «Кинетически контролируемое превращение нанокубов арсенидов элементов III группы», Опубликовано в: Nature Synthesis (2026). Информация о журнале: Nature Synthesis, Science