Ymchwil yn datgelu hylif aur ar y nanoraddfa

Mae ymchwilwyr Prifysgol Abertawe wedi darganfod yr hyn yw hylif aur ar y nanoraddfa - ac wrth wneud hyn, maent wedi mapio'r ffordd y mae nanoronynnau yn toddi, sy’n berthnasol i gynhyrchiad a pherfformiad dyfeisiau nanodechnoleg fel biosynwyryddion, nanosglodion, synwyryddion nwy a chatalyddion.

Shape changes in Au nanoclusters, indicating cluster surface melting at high tem

Mae’r ymchwil a gyhoeddwyd yn Nature Communications yn ceisio ateb cwestiwn syml sef – sut mae nanoronynnau yn toddi? Er bod y cwestiwn hwn wedi bod yn ffocws i ymchwilwyr am y ganrif ddiwethaf, mae’n dal i fod yn broblem agored - mae modelau damcaniaethol cychwynnol yn disgrifio’r dyddiad toddi oddeutu 100 mlynedd yn ôl, ac mae hyd yn oed y modelau mwyaf perthnasol yn rhai 50 mlwydd oed.

Dywed yr Athro Richard Palmer, sydd wedi arwain y tîm yng Ngholeg Peirianneg y Brifysgol, am yr ymchwil, “Er ei bod hi’n hysbys bod ymddygiad toddi’n newid ar y nanoraddfa, roedd y ffordd roedd nanoronynnau’n toddi yn gwestiwn agored. Gan fod y modelau damcaniaethol bellach yn eithaf hen, roedd achos clir i ni gynnal ein harbrofion delweddu newydd er mwyn gweld a allem brofi a gwella'r modelau damcaniaethol hyn.”

Defnyddiodd y tîm ymchwil aur yn ei arbrofion gan ei fod yn gweithredu fel system model ar gyfer metelau diledryw a metelau eraill. Cafodd y tîm ei ganlyniadau drwy ddelweddu nanoronynnau aur, gyda diamedrau’n amrywio o 2 i 5 nanometr, trwy ficrosgop electron trawsyriant sganio egwyriant cywiriedig. Cafodd ei arsylwadau ei gefnogi’n ddiweddarach gan efelychiadau mecanyddol cwantwm ar raddfa fawr.

Dywed yr Athro Palmer, “Roeddem yn gallu profi dibyniaeth ymdoddbwynt y nanoronynnau ar eu maint ac am y tro cyntaf weld yn uniongyrchol ffurfiant cragen o hylif o amgylch craidd solet yn y nanoronynnau ar draws nifer o dymereddau uchel, ac mewn gwirionedd am gannoedd o raddau.

“Mae hyn yn ein helpu ni i ddisgrifio'n gywir sut mae nanoronynnau’n toddi a sut i ragweld eu hymddygiad ar dymereddau uchel. Mae hyn yn torri tir newydd mewn maes yr ydyn ni i gyd yn gallu uniaethu ag ef – toddi – a bydd hefyd yn helpu’r rheiny sy’n cynhyrchu dyfeisiau nanodechnoleg ar gyfer amrywiaeth o ddefnyddiau ymarferol a phob dydd, gan gynnwys meddyginiaeth, catalyddion ac electroneg.”