Immagina che una torre si costruisca da sola nella struttura desiderata solo scegliendo i mattoni appropriati. Assurdo – e comunque, nel mondo nano questa è la realtà:lì una folla disordinata di componenti può avviare la formazione di una struttura ordinata, un processo noto come autoassemblaggio. I fisici Christos Likos (Università di Vienna), Emanuela Bianchi e Gerhard Kahl (entrambi Vienna University of Technology) studiano come possono controllare l'ordine di tali strutture autoassemblanti e hanno scoperto come attivare e disattivare il processo di assemblaggio. I risultati sono ora pubblicati sulla rivista ad alto impatto Nano lettere .

I materiali con proprietà specifiche a livello di nano e microscala sono molto ricercati a causa dell'ampio spettro di applicazioni in elettronica, fotovoltaico e sintesi di materiali biomimetici. Per molte di queste applicazioni, sono spesso necessarie strutture cristalline mesoscopiche e quindi gli scienziati devono affrontare la sfida di sviluppare affidabili, metodi efficienti ed economici per produrre strutture target con simmetrie e proprietà fisiche specifiche. Oggi, piuttosto che affidarsi a strumenti controllati dall'esterno, la maggior parte dei metodi di fabbricazione si basa sull'autoassemblaggio di unità base accuratamente scelte/sintetizzate. La controparte macroscopica corrisponderebbe alla costruzione di una torre o di un ponte semplicemente scegliendo i mattoni appropriati e lasciandoli auto-organizzarsi nella struttura desiderata.

Nel vasto regno dei materiali funzionali su nano e microscala, di primaria importanza è la realizzazione di assemblaggi mono e bistrato su superfici. I sistemi a bassa dimensionalità con caratteristiche ben definite hanno infatti applicazioni come ad es. rivestimenti antiriflesso, biosensori, archivio dati, dispositivi ottici e fotovoltaici, o catalizzatori. Le proprietà di questi materiali dipendono fortemente da un delicato equilibrio tra le proprietà delle unità di montaggio e quelle della superficie sottostante.

Nel nostro contributo ci siamo concentrati su nano-unità con un modello di superficie complicato, costituito da regioni con diversa carica superficiale. Le unità indagate sono per lo più cariche negativamente ad eccezione delle regioni polari cariche positivamente sulla parte superiore e inferiore delle particelle. Unità simili con carica non omogenea compaiono nei biosistemi, per esempio. capsidi virali e proteine, o in sistemi sintetizzati sperimentalmente, per esempio. nanoparticelle simili a virus, vescicole maculate e nanocubi ricoperti di metalli specifici.

Nel prossimo articolo ci siamo concentrati sull'autoassemblaggio delle descritte particelle cariche in modo eterogeneo in prossimità di un substrato con carica omogenea. Le nostre simulazioni al computer hanno mostrato come possono emergere spontaneamente strutture complesse a livello di nanoscala e come è possibile controllare in modo affidabile l'ordinamento delle particelle in specifiche, aggregati quasi bidimensionali. A seconda dei diversi parametri, come la carica particella/parete e l'estensione delle regioni cariche sulla superficie della particella, le nostre unità possono formare strati superficiali con densità diverse (e possibilmente risposte diverse a stimoli esterni):a volte le particelle si assemblano in fitte, aggregati cristallini ordinati esagonale, a volte si formano aperti, strati quadrati, a volte non si assemblano affatto. Il nostro lavoro è stato in grado di indagare la varietà delle strutture autoassemblanti offerte dai mattoni scelti e di caratterizzare gli specifici comportamenti collettivi che si verificano durante la messa a punto dei parametri rilevanti di questi sistemi. Inoltre e soprattutto, abbiamo dimostrato che in seguito a lievi variazioni del pH della soluzione o della carica elettrica del substrato, è possibile attivare e disattivare in modo reversibile il processo di assemblaggio nonché indurre una trasformazione da una specifica disposizione spaziale/orientale ad un'altra.