Stworzono syntetyczne nanoklastry. To ważny moment w rozwoju spintroniki

Naukowcy stworzyli syntetyczne nanoklastry, które są w stanie naśladować proces samoorganizacji występujący w przyrodzie.
Na tym zdjęciu widać syntetyczne nanocząstki, które samoorganizują się we włókna, następnie skręcają się w kable, a następnie łączą się w wysoce uporządkowane pasma, w wyniku czego powstaje cienka warstwa, na której wzór można nanieść w skali centymetrowej
Na tym zdjęciu widać syntetyczne nanocząstki, które samoorganizują się we włókna, następnie skręcają się w kable, a następnie łączą się w wysoce uporządkowane pasma, w wyniku czego powstaje cienka warstwa, na której wzór można nanieść w skali centymetrowej

Złożone, samoorganizujące się klastry występują w całym świecie przyrody – od podwójnej helisy DNA po kryształy fotoniczne. Teraz zespół uczonych z Uniwersytetu Cornella poszedł krok dalej i stworzył syntetyczne nanoklastry samoistnie organizujące się w skali od nanometra do centymetra. Szczegóły opisano w Nature Materials.

Czytaj też: Arkusze grafen-hBN zrewolucjonizują elektronikę? Są pierwsze postępy

Prace nad samoorganizującymi się nanoklastrami nie są niczym nowym, ale największym problemem dla naukowców był do tej pory brak odpowiednich “materiałów budulcowych”, które mogłyby oddziaływać ze sobą w wielu skalach długości. Zespół uczonych kierowany przez prof. Richarda Robinsona oraz prof. Tobiasa Hanratha sięgnął po siarczek kadmu, sprawdzony materiał w badaniach nad nanocząstkami. Tym razem przeprowadzono syntezę materiału o wysokim stężeniu, w której zużyto mało rozpuszczalnika.

Jeśli spojrzeć na przód włókna, na jego środek, jest ono zorganizowane promieniście, a także heksagonalnie. A ponieważ te uporządkowane włókna mają atrakcyjne splątania, okazuje się, że gdy zostaną wysuszone w odpowiednich warunkach, samoistnie się układają, zachowując porządek dalekiego zasięgu.prof. Richard Robinson

Powstały klastry “magicznej wielkości” zbudowane z 57 atomów, o długości ok. 1,5 nm każdy. Miały one otoczki ligandowe, mogące łączyć się ze sobą i tworzyć włókna o długości kilku mikronów i szerokości setek nanometrów. Łączyły się one w uporządkowane pasma, widoczne nawet w skali centymetrowej.

Zazwyczaj nie da się zsyntetyzować czegoś, co ma hierarchiczną organizację od nanometra do siedmiu rzędów wielkości więcej. Myślę, że to jest właśnie ten specjalny sos. Zespoły naśladują wiele interesujących produktów naturalnych – naturalną mineralizację, naturalną fotonikę – rzeczy, które występują w przyrodzie, a których nie byliśmy w stanie odtworzyć w laboratorium.prof. Richard Robinson

Warto wspomnieć, że w wyniku wzajemnych oddziaływań powstaje folia zawierająca pełne spektrum tęczy – to dowód na jej nieskazitelną strukturę.

Jest prawdopodobne, że ludzie nie widzieli tego wcześniej, ponieważ większość syntez była przeprowadzana przy niskich stężeniach, a więc z dużą ilością rozpuszczalnika. Nie ma takich samych oddziaływań ligand-ligand. My to zmieniliśmy. Przesunęliśmy skalę o jedno miejsce po przecinku i stworzyliśmy syntezę bezrozpuszczalnikową.prof. Richard Robinson

Unikalne właściwości nowo opracowanych materiałów mogą być wykorzystane w wielu potencjalnych zastosowaniach, począwszy od detekcji, katalizy i detektorów światła spolaryzowanego kołowo, a skończywszy na bardziej odległych perspektywach w spintronice, obliczeniach kwantowych i holografii.