Durante il tentativo di risolvere un mistero sulle nanoparticelle a base di ossido di ferro, un gruppo di ricerca che lavorava al National Institute of Standards and Technology si è imbattuto in un altro. Ma una volta comprese le sue implicazioni, la loro scoperta* potrebbe fornire ai nanotecnologi uno strumento nuovo e utile.

Le nanoparticelle in questione sono sfere di magnetite così minuscole che poche migliaia di esse allineate si allungherebbero di un capello, e hanno potenziali usi sia come base per migliori sistemi di archiviazione dei dati sia in applicazioni biologiche come il trattamento dell'ipertermia per il cancro. Una chiave per tutte queste applicazioni è una piena comprensione di come un gran numero di particelle interagiscono magneticamente tra loro su distanze relativamente grandi in modo che gli scienziati possano manipolarle con il magnetismo.

"È noto da molto tempo che un grosso pezzo di magnetite ha un 'momento' magnetico maggiore - pensatelo come forza magnetica - rispetto a una massa equivalente di nanoparticelle, "dice Kathryn Krycka, un ricercatore presso il Centro NIST per la ricerca sui neutroni. "Nessuno sa davvero perché, anche se. Abbiamo deciso di sondare le particelle con fasci di neutroni a bassa energia, che può dirti molto sulla struttura interna di un materiale."

Il team ha applicato un campo magnetico a nanocristalli composti da particelle larghe 9 nm, realizzato da collaboratori della Carnegie Mellon University. Il campo ha fatto allineare le particelle come limatura di ferro su un pezzo di carta tenuto sopra un magnete a barra. Ma quando il team ha guardato più da vicino usando il raggio di neutroni, quello che hanno visto ha rivelato un livello di complessità mai visto prima.

"Quando il campo è applicato, il "nucleo" interno largo 7 nm si orienta lungo i poli nord e sud del campo, proprio come farebbe una grossa limatura di ferro, " dice Krycka. "Ma il 'guscio' esterno da 1 nm di ogni nanoparticella si comporta in modo diverso. Si sviluppa anche un momento, ma puntato ad angolo retto rispetto a quello del nucleo."

In una parola, bizzarro. Ma potenzialmente utile.

I gusci non sono fisicamente diversi dagli interni; senza il campo magnetico, la distinzione svanisce. Ma una volta formato, i gusci delle particelle vicine sembrano prestarsi l'un l'altro:un gruppo locale di loro avrà i momenti dei loro gusci tutti allineati in un modo, ma poi i gusci di un altro gruppo punteranno altrove. Questa scoperta porta Krycka e il suo team a credere che ci sia altro da imparare sul ruolo che l'interazione delle particelle ha nel determinare struttura delle nanoparticelle magnetiche, forse qualcosa che i nanotecnologi possono sfruttare.

"L'effetto cambia radicalmente il modo in cui le particelle parlerebbero tra loro in un ambiente di memorizzazione dei dati, " dice Krycka. "Se possiamo controllarlo, variando la loro temperatura, Per esempio, come suggeriscono i nostri risultati, potremmo essere in grado di attivare e disattivare l'effetto, che potrebbe essere utile nelle applicazioni del mondo reale."