Gli artisti hanno usato per secoli le nanoparticelle d'oro, perché producono colori vivaci quando la luce del sole li colpisce. Le loro proprietà ottiche-elettroniche uniche hanno messo le nanoparticelle d'oro al centro della ricerca, celle solari, sensori, chemioterapia, consegna farmaci, applicazioni biologiche e mediche, e conduttori elettronici. Le proprietà delle nanoparticelle d'oro possono essere modificate modificandone le dimensioni, forma, chimica di superficie ecc., ma controllare questi aspetti è difficile.
Pubblicazione in Nano lettere , i ricercatori guidati da Fabrizio Carbone all'EPFL hanno condotto uno studio senza precedenti sulla struttura delle nanoparticelle d'oro. Collaborando con il laboratorio di Francesco Stellacci (EPFL), i ricercatori hanno raggiunto questo obiettivo utilizzando un dispositivo chiamato "diffrattometro elettronico a piccolo angolo risolto nel tempo", che ha permesso loro di studiare le disposizioni strutturali delle nanoparticelle d'oro a velocità ultraveloci - quadrilionesimi di secondo.
Il diffrattometro stesso è interessante perché utilizza un'alternativa economica a una tecnica molto costosa:il laser a elettroni liberi (FEL). Il FEL utilizza gli elettroni per generare raggi X in grado di "studiare" le molecole fino al livello atomico, in miliardesimi di metro. Uno strumento così potente normalmente ha un costo di oltre un miliardo di dollari. Ma nel 2010 ricercatori dei Paesi Bassi hanno sviluppato un metodo alternativo chiamato scherzosamente "FEL dei poveri", che guarda i materiali con un fascio di elettroni di impulsi ultraveloci, e ottenere risultati simili.
In questo studio, i ricercatori hanno sviluppato un dispositivo diffrattometro che utilizza il "FEL dei poveri" e sfrutta l'elevata sensibilità che gli elettroni hanno per interagire con la materia. Il dispositivo può studiare monostrati e campioni molto sottili contenenti elementi leggeri, per esempio. idrogeno e carbonio. E quando si tratta di aggregati densi e piccole molecole, il diffrattometro elettronico a piccolo angolo risolto nel tempo può raggiungere l'estrema sensibilità di un FEL tradizionale, ma ad una frazione del costo:meno di un milione di dollari.
Alla ricerca dell'oro
Utilizzando questo approccio, i ricercatori dell'EPFL sono riusciti a ottenere un filmato in cui i cambiamenti strutturali delle nanoparticelle d'oro innescati dalla luce sono stati catturati con risoluzione atomica sia nel tempo che nello spazio.
Questi esperimenti mostrano che le molecole di ligandi attaccate alle nanoparticelle d'oro possono autoassemblarsi e ordinarsi secondo orientamenti preferenziali, che è centrale per la creazione di nanostrutture ordinate. Ancora più sorprendente è stata la scoperta che quella luce stessa può indurre tali fenomeni di ordinamento, fornendo uno strumento unico per il controllo della fisica delle nanoparticelle d'oro, con un grande potenziale per applicazioni optoelettroniche come celle solari fotovoltaiche organiche (OPV) ecc.
Lo studio fornisce la prova del concetto che il diffrattometro elettronico a risoluzione temporale a piccolo angolo consente l'indagine sistematica delle proprietà strutturali dei materiali nano-assemblati". Gli autori si aspettano che ciò riguardi in modo significativo molteplici applicazioni, compresa l'elaborazione del segnale, biologia e persino la futura somministrazione di farmaci.
