In questo periodo dell'anno non è difficile immaginare il mondo sepolto sotto una liscia coltre di neve. Un tavolo da picnic su un prato piatto alla fine svanisce mentre trilioni di fiocchi di neve si raccolgono intorno ad esso, uno strato cristallino che oscura i picchi e le valli normalmente visibili del nostro mondo estivo.

Questo è fondamentalmente il modo in cui gli scienziati comprendono la teoria classica della crescita cristallina. I gradini di altezza scompaiono gradualmente mentre gli atomi di un dato materiale, che si tratti di neve, rame o alluminio, si raccolgono su una superficie e poi cadono ad altezze inferiori per riempire gli spazi vuoti. L'unico problema con questa teoria è che cade completamente a pezzi se applicata a situazioni estremamente piccole, ad es. la nanoscala.

Hanchen Huang, professore e presidente del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale, ha passato gli ultimi 10 anni a rivedere la teoria classica della crescita dei cristalli che spiega le sue osservazioni sui cristalli di nanorod. Il suo lavoro ha ottenuto il continuo sostegno degli Stati Uniti, Programma di base di scienze energetiche di base del Dipartimento dell'energia.

I nanorodi sono minuscole fibre cresciute perpendicolarmente a un substrato, ciascuno circa 100, 000 volte più sottile di un capello umano. Passi di superficie, o le piccole variazioni nel paesaggio verticale di quel substrato, determinare come cresceranno le aste.

"Anche se alcuni passaggi superficiali sono più vicini e altri più distanti all'inizio, con il tempo la teoria classica prevede che diventino più equalizzati, " ha detto Huang. "Ma abbiamo scoperto che la teoria classica ha mancato un meccanismo di feedback positivo".

Questo meccanismo, Lui ha spiegato, fa sì che i passaggi vengano "raggruppati, " rendendo più difficile per gli atomi cadere da un gradino più alto a uno più basso. Quindi, invece di riempire i vuoti di altezza di una superficie variabile, gli atomi in un cristallo di nanobarra si localizzano ai livelli più alti.

"La regione più alta diventa più alta, " ha detto Huang. "È come, se mai giochi a basket, sai che i ragazzi più alti otterranno più rimbalzi." Questo è fondamentalmente ciò che accade con la crescita dei nanorod.

La teoria di Huang, che è stato pubblicato sulla rivista Lettere di revisione fisica quest'anno, rappresenta la prima volta che qualcuno ha fornito un quadro teorico per comprendere la crescita dei cristalli di nanorod. "Negli ultimi decenni sono stati spesi molti soldi in nanoscienze e nanotecnologie, " ha detto Huang. "Ma possiamo trasformarlo in applicazioni del mondo reale solo se comprendiamo la scienza".

Infatti, il suo contributo alla comprensione della scienza ha permesso a lui e ai suoi colleghi di prevedere la dimensione più piccola possibile per i nanotubi di rame e quindi di sintetizzarli con successo. Non solo sono le nanobarre più piccole mai prodotte, ma con la teoria di Huang può dire con sicurezza che sono le più piccole nanobarre possibili usando la deposizione fisica da vapore.

Il materiale ha importanti implicazioni per applicazioni commerciali, compresa una specie di colla metallica che può fondere insieme due pezzi di metallo a temperatura ambiente, nell'ambiente circostante, e con un input di pressione molto basso. Questa tecnologia può consentire la saldatura ambientale senza la necessità di piombo velenoso, e potrebbe quindi essere estremamente prezioso per l'industria dei semiconduttori, che pervade la società attraverso l'uso onnipresente di palmari e altri dispositivi informatici.