(PhysOrg.com) -- Una collaborazione tra Advanced Photon Source e Center for Nanoscale Materials presso l'Argonne National Laboratory ha "visto" la cristallizzazione delle nanoparticelle con dettagli senza precedenti.

“La nanoscienza è una questione scottante in questo momento, e le persone stanno cercando di creare array di nanoparticelle autoassemblati per l'archiviazione di dati e memoria, "Ha detto l'assistente fisico di Argonne Zhang Jiang. “In questi dispositivi, il grado di ordinamento è un fattore importante”.

Per richiamare uno specifico bit di dati, è ideale per memorizzare informazioni su un reticolo cristallino bidimensionale con coordinate grafiche ben definite. Per esempio, ogni bit di informazione di una canzone salvata su un disco rigido deve essere memorizzata in posizioni specifiche, quindi può essere recuperato in seguito. Però, nella maggior parte dei casi, i difetti sono inerenti ai reticoli cristallini delle nanoparticelle.

“I difetti in un reticolo sono come buche su una strada, ” ha detto il fisico di Argonne Jin Wang. “Quando guidi in autostrada, vorresti sapere se sarà una guida fluida o se dovrai fare zigzag per evitare una gomma a terra. Anche, vuoi sapere come si formano le buche in primo luogo, così possiamo eliminarli.”

Il controllo del grado di ordinamento negli array di nanoparticelle è stato elusivo. Il numero di nanoparticelle che un chimico può produrre in un piccolo volume è sorprendentemente grande.

“Possiamo produrre regolarmente 10 ¹⁴ particelle in poche gocce di soluzione. È più del numero di stelle nella Via Lattea, Il nanoscienziato delle Argonne Xiao-Min Lin. "Trovare le condizioni in cui le nanoparticelle possono autoassemblarsi in un reticolo cristallino con un basso numero di difetti è piuttosto impegnativo".

Poiché le nanoparticelle sono così piccole, non è facile vedere quanto sia ordinato il reticolo durante il processo di autoassemblaggio. La microscopia elettronica può vedere singole nanoparticelle, ma il campo visivo è troppo piccolo perché gli scienziati possano ottenere un "quadro generale" di come sia l'ordinamento in una scala di lunghezza macroscopica. Inoltre non funziona per le soluzioni bagnate.

"Con l'ordinazione locale, non si può presumere che lo stesso ordine esista in tutta la struttura; è come vedere un tratto di strada e supporre che sia dritto e ben costruito fino alla fine, "Ha detto Wang.

Lo stesso gruppo di ricercatori dell'Argonne, insieme ai loro collaboratori dell'Università di Chicago, scoperto che nelle giuste condizioni, le nanoparticelle possono galleggiare in corrispondenza di un'interfaccia liquido-aria di una gocciolina di liquido essiccante e diventare auto-organizzate.

Ciò consente al processo di cristallizzazione bidimensionale di avvenire su una scala temporale molto più lunga. “Di solito non ti aspetti che le particelle metalliche galleggino. È come lanciare sassi in uno stagno e aspettarsi che galleggino in superficie, "Lino ha detto. “Ma nel nanomondo, le cose si comportano diversamente».

Utilizzando la diffusione dei raggi X ad alta risoluzione presso l'Advanced Photon Source (APS), Jiang e gli altri hanno esaminato il processo di cristallizzazione con dettagli senza precedenti mentre si forma in tempo reale. Hanno scoperto che gli array di nanoparticelle formati all'interfaccia liquido-aria possono entrare in un regime di una fase altamente cristallina definita nella classica teoria dei cristalli bidimensionali. Solo quando il solvente inizia a bagnarsi dalla superficie, cominciano a comparire difetti e disordine.

"Possiamo sondare l'intero campione macroscopico e monitorare ciò che sta accadendo in tempo reale, ” ha detto Jiang. "Questo ci permette di capire quali parametri sono importanti per controllare il processo di autoassemblaggio".

Con questo livello di comprensione, gli scienziati sperano che un giorno dispositivi come l'iPod Nano possano essere realizzati con nanoparticelle.

Un articolo su questa ricerca è stato pubblicato in Nano lettere .