Szukano ich od 20 lat i wreszcie się udało. Chiralne nanocząstki istnieją i da się je wytworzyć

Naukowcy już od 20 lat zastanawiają się, dlaczego niektóre nanocząstki zachowują stabilną chiralność. Wreszcie rozwiązano tę zagadkę, co może otworzyć drzwi do opracowania materiałów o specjalnych właściwościach.
Chiralne nanocząstki da się stworzyć – to już potwierdzone /Fot ilustracyjne, Pixabay

Chiralne nanocząstki da się stworzyć – to już potwierdzone /Fot ilustracyjne, Pixabay

Zespół naukowców z Uniwersytetu Stanu Iowa pod kierunkiem prof. Aleksa Travesseta w końcu wyjaśnił, co dzieje się wewnątrz nanomateriałów zwanych chiralnymi tetrahedrami.

Czytaj też: Naukowcy nauczyli się rotować pojedynczą cząsteczką. Kluczowy jest europ

Praca opublikowana w czasopiśmie Nature pokazuje, w jaki sposób kontrolowane odparowanie roztworu zawierającego nanocząstki złota w kształcie czworościanów na stałym podłożu krzemowym może doprowadzić do jego złożenia w dwuwarstwową strukturę w kształcie wiatraka. Jest ona chiralna, co oznacza, że nie jest identyczna ze swoim lustrzanym odbiciem. Klasycznym przykładem jest dłoń i jej lustrzane odbicie – kciuki znajdują się po przeciwnych stronach, więc jednej nie można nałożyć na drugą – to właśnie chiralność.

Wyprodukowanie stabilnej nanostruktury o właściwościach chiralnych to wielka sprawa. prof. Alex Travesset

Chiralne nanocząstki w końcu stworzone

Chiralne nanostruktury próbowano stworzyć od prawie 20 lat, ale bezskutecznie. Takie struktury mogłyby prowadzić do specjalnie zaprojektowanych materiałów o “niezwykłych właściwościach optycznych, mechanicznych i elektronicznych”. Nie było jednak pewne, czy w ogóle da się coś takiego zrobić w warunkach laboratoryjnych.

To była bardzo otwarta struktura. Zazwyczaj w przypadku nanocząstek, takie struktury nigdy nie są stabilne. Nasza nanocząstka była trzymana razem przez różne rodzaje sił elektrostatycznych, niezwykłych w swojej ciągłości. prof. Alex Travesset

Chiralność struktury była możliwa dzięki umieszczeniu jej w dwóch różnych podłożach – powietrzu na górze i stałej powierzchni na dole. Pomiary optyczne na Uniwersytecie Michigan potwierdziły chiralność, zgłaszając bardzo silny efekt chirooptyczny w odpowiedzi na światło spolaryzowane.

Prof. Alex Travesset /Fot. Iowa State University
Ludzie próbowali to zrobić przez długi czas, ale struktura zawsze była niestabilna lub niemożliwa do wytworzenia. To jest pierwszy przykład, że udało się to osiągnąć. Jako teoretyk pracujący we wszystkich rzeczach związanych z nanocząstkami, zawsze byłem zainteresowany tym, jak złożyć układy nanocząstek, które są chiralne. prof. Alex Travesset

Unikalna topologia i fizyka tych chiralnych nanostruktur sprawiają, że występuje w ich obrębie samoorganizacja. Jest jeszcze za wcześnie, by mówić o pełnym sukcesie. Fizyków czeka jeszcze wiele pracy.

Pomimo pewnych sukcesów, teoria wciąż pozostaje w tyle. Nie jesteśmy jeszcze w pozycji, w której możemy projektować materiały oparte na nanocząstkach z samych modeli teoretycznych/komputerowych. Organizujemy ośmiotygodniowe warsztaty, aby zająć się tym wyzwaniem w przyszłości. prof. Alex Travesset