Alcuni dei recenti progressi nella nanotecnologia dipendono in modo critico da come le nanoparticelle si muovono e si diffondono su una superficie o in un fluido in condizioni non ideali o estreme. Georgia Tech ha un team di ricercatori dedicati a far avanzare questa frontiera.

Rigoberto Hernandez, professore alla Scuola di Chimica e Biochimica, indaga su queste relazioni studiando simulazioni di dinamica delle particelle tridimensionali su computer ad alte prestazioni. Le sue nuove scoperte, che si concentrano sui movimenti di una sonda sferica tra aghi statici, sono atterrati sulla copertina di The . di febbraio Journal of Physical Chemistry B .

Hernandez e il suo precedente dottorato di ricerca. alunno, Ashley Tucker, ha assemblato i diffusori a forma di bastoncino in uno dei due stati durante le sue simulazioni:disordinato (isotropico) e ordinato (nematico). Quando i nanorod furono disordinati, che punta in varie direzioni, Hernandez scoprì che una particella tipicamente si diffondeva uniformemente in tutte le direzioni. Quando ogni canna puntava nella stessa direzione, la particella, in media, diffuso più nella stessa direzione dei bastoncelli che contro la venatura dei bastoncelli. In questo stato nematico, il movimento della sonda imitava la forma allungata dei diffusori. La sorpresa è stata che le particelle a volte si diffondevano più velocemente nell'ambiente nematico che nell'ambiente disordinato. Questo è, i canali lasciati aperti tra le nanobarre ordinate non si limitano a dirigere le nanoparticelle lungo una direzione, consentono loro anche di accelerare.

All'aumentare della densità dei diffusori, i canali diventano sempre più affollati. La particella che si diffonde attraverso questi gruppi sempre più affollati rallenta drasticamente nella simulazione. Tuttavia, i ricercatori hanno scoperto che i diffusori nematici hanno continuato a favorire una diffusione più rapida rispetto a quelli disordinati.

"Queste simulazioni ci avvicinano di un passo alla creazione di un dispositivo nanorod che consente agli scienziati di controllare il flusso di nanoparticelle, " ha detto Hernandez. "Le applicazioni del cielo blu di tali dispositivi includono la creazione di nuovi modelli di luce, flusso di informazioni e altri trigger microscopici."

Per esempio, se gli scienziati hanno bisogno di una sonda per diffondere in una direzione specifica a una velocità particolare, potrebbero far muovere le nanobarre in una direzione specificata. Quando hanno bisogno di cambiare la direzione della particella, i dispersori potrebbero quindi essere attivati ​​per riorganizzarsi in una direzione diversa. Infatti, l'innesco potrebbe essere l'assenza di nanoparticelle sufficienti in una data parte del dispositivo. Il conseguente riordino delle nanobarre comporterebbe quindi un ripopolamento di nanoparticelle che sarebbero quindi disponibili per eseguire l'azione desiderata, tali da stimolare il flusso luminoso.

"Anche se questo lavoro finanziato dall'NSF per comprendere meglio il movimento delle particelle all'interno di array complessi su scala nanometrica è molto fondamentale, "Hernandez dice, "ha significative implicazioni a lungo termine sulla fabbricazione dei dispositivi e sulle prestazioni su tali scale. È divertente pensarci e offre un'ottima formazione per i miei studenti".