Non è un elettrone. Ma sicuramente si comporta come tale.

I ricercatori della Northwestern University hanno fatto una scoperta strana e sorprendente che le nanoparticelle ingegnerizzate con il DNA in cristalli colloidali, quando estremamente piccole, si comportano proprio come gli elettroni. Non solo questa scoperta ha capovolto la corrente, nozione di materia accettata, apre anche le porte a nuove possibilità nel design dei materiali.

"Non abbiamo mai visto niente di simile prima, " ha detto Monica Olvera de la Cruz della Northwestern, che ha fatto l'osservazione iniziale attraverso il lavoro computazionale. "Nelle nostre simulazioni, le particelle sembrano proprio elettroni orbitanti."

Con questa scoperta, i ricercatori hanno introdotto un nuovo termine chiamato "metallicità, " che si riferisce alla mobilità degli elettroni in un metallo. Nei cristalli colloidali, minuscole nanoparticelle vagano in modo simile agli elettroni e agiscono come una colla che tiene insieme il materiale.

"Questo porterà le persone a pensare alla materia in un modo nuovo, " ha detto Chad Mirkin della Northwestern, che ha condotto il lavoro sperimentale. "Porterà a tutti i tipi di materiali che hanno proprietà potenzialmente spettacolari che non sono mai state osservate prima. Proprietà che potrebbero portare a una varietà di nuove tecnologie nel campo dell'ottica, elettronica e persino catalisi."

Il giornale uscirà venerdì, 21 giugno sul giornale Scienza .

Olvera de la Cruz è l'avvocato Taylor Professor of Materials Science and Engineering presso la McCormick School of Engineering della Northwestern. Mirkin è il professore di chimica George B. Rathmann al Weinberg College of Arts and Sciences della Northwestern.

Il gruppo di Mirkin aveva precedentemente inventato la chimica per l'ingegneria dei cristalli colloidali con il DNA, che ha forgiato nuove possibilità per il design dei materiali. In queste strutture, I filamenti di DNA agiscono come una sorta di colla intelligente per collegare le nanoparticelle in uno schema reticolare.

"Negli ultimi due decenni, abbiamo capito come creare tutti i tipi di strutture cristalline in cui il DNA prende effettivamente le particelle e le posiziona esattamente dove dovrebbero andare in un reticolo, " disse Mirkin, direttore fondatore dell'International Institute of Nanotechnology.

In questi studi precedenti, i diametri delle particelle sono sulla scala delle decine di nanometri. Le particelle in queste strutture sono statiche, fissato in posizione dal DNA. Nello studio attuale, però, Mirkin e Olvera de la Cruz hanno ridotto le particelle fino a 1,4 nanometri di diametro nelle simulazioni computazionali. È qui che è avvenuta la magia.

"Le particelle più grandi hanno centinaia di filamenti di DNA che le collegano insieme, ", ha detto Olvera de la Cruz. "Quelli piccoli hanno solo da quattro a otto linker. Quando quei collegamenti si interrompono, le particelle rotolano e migrano attraverso il reticolo che tiene insieme il cristallo delle particelle più grandi."

Quando il team di Mirkin ha eseguito gli esperimenti per visualizzare le piccole particelle, hanno scoperto che le osservazioni computazionali del team di Olvera de la Cruz si sono dimostrate vere. Poiché questo comportamento ricorda il comportamento degli elettroni nei metalli, i ricercatori la chiamano "metallicità".

"Un mare di elettroni migra attraverso i metalli, fungendo da collante, tenendo tutto insieme, Mirkin ha spiegato. "Ecco cosa diventano queste nanoparticelle. Le minuscole particelle diventano la colla mobile che tiene insieme tutto."

Olvera de la Cruz e Mirkin hanno in programma di esplorare come sfruttare queste particelle simili agli elettroni per progettare nuovi materiali con proprietà utili. Sebbene la loro ricerca abbia utilizzato nanoparticelle d'oro, Olvera de la Cruz ha affermato che la "metallicità" si applica ad altre classi di particelle nei cristalli colloidali.

"Nella scienza, è davvero raro scoprire una nuova proprietà, ma è quello che è successo qui, " Ha detto Mirkin. "Sfida l'intero modo in cui pensiamo alla materia da costruzione. È un lavoro fondamentale che avrà un impatto duraturo".