Наноструктуры усложняются с электронными эквивалентами


Сложные кристаллы, имитирующие металлы, включая структуру, для которой нет природного эквивалента, могут быть получены с помощью нового подхода к управлению самосборкой наночастиц.

Вместо того, чтобы просто наночастицы, которые служат «эквивалентами атома», кристаллы, произведенные и интерпретированные Северо-Западным университетом, Мичиганским университетом и Аргоннской национальной лабораторией, полагаются на еще более мелкие частицы, которые имитируют электроны.

«Мы узнали кое-что фундаментальное о системе создания новых материалов», — сказал Чад Миркин из Northwestern, профессор химии Джорджа Б. Ратмана в Колледже искусств и наук Вайнберга и соавтор в Nature Materials. «Эта стратегия нарушения симметрии переписывает правила проектирования и синтеза материалов».

могут создавать новые материалы со свойствами, которые можно тщательно спроектировать, но одна из больших проблем заключается в том, чтобы сделать эти материалы самособирающимися. Наночастицы слишком малы и многочисленны, чтобы строить их по кирпичикам.


Коллоидные кристаллы представляют собой семейство самособирающихся массивов из наночастиц с потенциальными применениями в фотонике. Кристаллы, которые могут преобразовывать свет, могут быть разработаны для всего, от датчиков света и лазеров до связи и вычислений.

«Использование больших и малых наночастиц, где более мелкие движутся подобно электронам в кристалле атомов металла, — это совершенно новый подход к созданию сложных коллоидных кристаллических структур», — сказала Шэрон Глотцер, заведующая кафедрой химической инженерии Энтони С. Лембке в UM и соавтором.

Команда Миркина создала коллоидные кристаллы, покрыв металлов ДНК, чтобы заставить их прилипать друг к другу. Нити являются самодополняющими, что означает, что они связаны друг с другом. Настраивая такие параметры, как длина ДНК и покрытия наночастиц, можно «запрограммировать» металлические на расположение определенным образом. Поэтому их называют эквивалентами программируемых атомов.

Однако «атомы» в этом кристалле — сферы с ровным покрытием ДНК — одинаковы во всех направлениях, поэтому они имеют тенденцию строить симметричные структуры. Чтобы построить менее симметричные структуры, им нужно было что-то, что нарушило бы симметрию.

«Опираясь на предыдущее открытие Чедом «электронных эквивалентов» с Моникой Ольвера Де Ла Круз из Northwestern, мы исследовали более сложные структуры, в которых контроль над количеством соседей вокруг каждой частицы приводил к дальнейшему нарушению симметрии», — сказал Глотцер.