In un futuro non così lontano, i ricercatori potrebbero essere in grado di costruire atomi secondo le tue specifiche con il clic di un pulsante. È ancora roba da fantascienza, ma un team dell'Università del Colorado Boulder riferisce che si sta avvicinando quando si tratta di controllare e assemblare particelle chiamate "grandi atomi".

La nuova ricerca, che sarà pubblicato il 29 maggio in Natura , ruota intorno a particelle colloidali che, quando mescolato con cristalli liquidi, agiscono molto come gli elementi della tavola periodica. Queste particelle danno ai fisici l'opportunità di sondare come l'idrogeno, l'elio e gli altri atomi si comportano e interagiscono senza bisogno di zoomare fino al livello atomico.

Esponendo i grandi atomi a diversi tipi di luce, Per esempio, la squadra ha mostrato che poteva capovolgere le loro cariche con un semplice tocco di un interruttore. In altre parole, particelle che una volta si attraevano ora si respingono.

"Perché abbiamo così tanto controllo, abbiamo la capacità di progettare come queste particelle si assemblano e quali proprietà hanno, " disse Ivan Smalyukh, professore presso il Dipartimento di Fisica. "È come un kit di strumenti per designer."

Quel kit di strumenti per designer inizia con un semplice ingrediente:i cristalli liquidi.

Questi materiali, che forniscono immagini nitide sullo schermo del tuo smartphone, sono spesso costituiti da molecole in disposizioni ordinate, come le aste che puntano tutte in un'unica direzione.

Nell'ultimo decennio o giù di lì, però, gli scienziati hanno notato qualcosa di strano in questi materiali fluidi. Se lasci cadere le particelle, come microscopici granelli di silice, in cristalli liquidi, le molecole un tempo ordinate all'interno si piegheranno e si schiacceranno per fare spazio alle nuove aggiunte, un po' come spingere un guardalinee di football in un vagone della metropolitana già affollato.

E, notevolmente, il modo in cui questi cristalli liquidi si piegano può essere matematicamente analogo alle strutture dei gusci elettronici degli atomi.

"Il modo in cui i cristalli liquidi si piegano attorno alle particelle è molto importante, " disse Smalyukh, anche nel Programma di Ingegneria della Scienza dei Materiali e Dipartimento di Elettrica, Computer, e Ingegneria Energetica. "Quando distruggi quelle molecole, costa energia, e quell'energia guida interazioni interessanti."

Piega le molecole di cristalli liquidi nel modo giusto e i pezzi di silice tintilleranno l'uno nell'altro come se fossero due atomi che si legano insieme, ma molto più grande.

Il problema, Smalyukh ha detto, è che fino a poco tempo fa gli scienziati avevano pochissimo controllo su quelle interazioni con i grandi atomi. Il suo gruppo aveva la soluzione.

Per rendere la loro miscela colloidale unica, Smalyukh e i suoi colleghi hanno usato pezzi di silice a forma di esagono per i loro grandi atomi. Ma prima di trasformare quelle particelle in cristalli liquidi, i ricercatori li hanno rivestiti con un tipo di colorante che ruota quando esposto a diversi tipi di luce.

Quando i ricercatori hanno esposto la loro miscela a un certo tipo di luce blu, le molecole di cristalli liquidi si piegherebbero attorno agli esagoni seguendo uno schema. Usa un diverso tipo di luce e si piegherebbero in un modo completamente diverso.

Il gruppo ha riferito di poter cambiare la carica effettiva di un grande atomo da positiva a negativa e viceversa per un capriccio.

"È quasi come se potessi brillare di luce e trasformare la materia in antimateria, " disse Ye Yuan, un ricercatore post-dottorato in fisica e autore principale del nuovo studio. Altri coautori includevano i postdoc Qingkun Liu e Bohdan Senyuk.

E, Yuan ha detto, il team è stato in grado di controllare queste interazioni utilizzando una normale lampada con un filtro, senza bisogno di laser ad alta potenza.

"In linea di principio, potremmo passare una bella giornata di sole in Colorado e portare i nostri campioni fuori e vedere quelle interazioni, "ha detto Yuan.

Il che lo rende entusiasta di ciò che il team potrebbe costruire con questi grandi atomi. I ricercatori ritengono che, con i giusti accorgimenti, potrebbero usare il loro metodo per assemblare particelle in modi unici, creare strutture finte atomiche che non esistono in natura, quindi dissolvere tali strutture altrettanto facilmente.

"In alcuni modi, dobbiamo ancora capire cosa possiamo fare con questo, " ha detto Smalyukh.

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