I nanocubi sono tutt'altro che un gioco da ragazzi. Gli scienziati del Weizmann Institute li hanno usati per creare ciocche sorprendentemente simili a filati:hanno dimostrato che, date le giuste condizioni, nanoparticelle a forma di cubo sono in grado di allinearsi in strutture elicoidali sinuose. I loro risultati, che rivelano come i nanomateriali possono autoassemblarsi in strutture inaspettatamente belle e complesse, sono stati recentemente pubblicati in Scienza .

Il dottor Rafal Klajn e il dottor Gurvinder Singh del dipartimento di chimica organica dell'Istituto hanno utilizzato nanocubi di un materiale di ossido di ferro chiamato magnetite. Come il nome suggerisce, questo materiale è naturalmente magnetico:si trova ovunque, compresi i batteri interni che lo usano per rilevare il campo magnetico terrestre.

Il magnetismo è solo una delle forze che agiscono sulle nanoparticelle. Insieme al gruppo di ricerca del Prof. Petr Král dell'Università dell'Illinois, Chicago, Klajn e Singh hanno sviluppato modelli teorici per capire come le varie forze potrebbero spingere e tirare i minuscoli frammenti di magnetite in diverse formazioni. "Diversi tipi di forze costringono le nanoparticelle ad allinearsi in modi diversi, " dice Klajn. "Questi possono competere l'uno con l'altro; quindi l'idea è di trovare l'equilibrio delle forze in competizione che possono indurre l'autoassemblaggio delle particelle in nuovi materiali." I modelli hanno suggerito che la forma delle nanoparticelle è importante:solo i cubi fornirebbero un corretto equilibrio delle forze necessarie per tirare insieme in formazioni elicoidali.

I ricercatori hanno scoperto che le due principali forze in competizione sono il magnetismo e la forza di van der Waals. Il magnetismo fa sì che le particelle magnetiche si attraggano e si respingano a vicenda, spingendo le particelle cubiche ad allinearsi ai loro angoli. forze di Van der Waals, d'altra parte, avvicinare i lati dei cubetti, convincendoli ad allinearsi in fila. Quando queste forze agiscono insieme sui minuscoli cubi, il risultato è l'allineamento a gradini che produce strutture elicoidali.

Nei loro esperimenti, gli scienziati hanno esposto concentrazioni relativamente elevate di nanocubi di magnetite posti in una soluzione a un campo magnetico. Il lungo, catene elicoidali simili a funi ottenute dopo l'evaporazione della soluzione erano sorprendentemente uniformi. Hanno ripetuto l'esperimento con nanoparticelle di altre forme ma, come previsto, solo i cubi avevano la forma fisica giusta per allinearsi in un'elica. Klajn e Singh hanno anche scoperto che potevano ottenere filamenti chirali - tutti avvolti nella stessa direzione - con concentrazioni di particelle molto elevate in cui un numero di filamenti si assemblava strettamente insieme. Apparentemente le forze in competizione possono "prendere in considerazione" il modo più efficiente per impacchettare i fili nello spazio.

Anche se i fili del nanocubo sembrano abbastanza belli da lavorare a maglia, Klajn dice che è troppo presto per iniziare a pensare ad applicazioni commerciali. Il valore immediato dell'opera, lui dice, è che si è dimostrato un principio fondamentale dell'autoassemblaggio su scala nanometrica. "Sebbene la magnetite sia stata ben studiata - anche la sua forma nanoparticellare - per molti decenni, nessuno ha mai osservato queste strutture prima, " dice Klajn. "Solo una volta che abbiamo capito come le varie forze fisiche agiscono sulle nanoparticelle possiamo iniziare ad applicare le intuizioni a obiettivi come la fabbricazione di oggetti precedentemente sconosciuti, materiali autoassemblati”.