Ispirati dalla natura, i ricercatori nel campo delle nanotecnologie hanno identificato la "curvatura spontanea" come il fattore chiave che determina il modo in cui i materiali artificiali ultrasottili possono trasformarsi in tubi, torsioni ed eliche utili.
Una maggiore comprensione di questo processo, che imita il modo in cui alcuni baccelli si aprono in natura, potrebbe sbloccare una serie di nuovi materiali chirali che sono 1.000 volte più sottili di un capello umano, con il potenziale di migliorare la progettazione di dispositivi ottici, elettronici e meccanici. /P>
Le forme chirali sono strutture che non possono essere sovrapposte alla loro immagine speculare, proprio come la tua mano sinistra è un'immagine speculare della tua mano destra ma non può adattarsi perfettamente ad essa.
La curvatura spontanea indotta da minuscole molecole può essere utilizzata per modificare la forma di nanocristalli sottili, influenzata dalla larghezza, dallo spessore e dalla simmetria del cristallo.
La ricerca, pubblicata negli Proceedings of the National Academy of Sciences , è stato condotto da membri del Centro nazionale per la ricerca scientifica (CNRS) in Francia, insieme ai colleghi dell'ARC Centre of Excellence in Exciton Science, con sede presso l'Università di Sydney.
Immagina un pezzo di carta che, quando immerso in una soluzione, si attorciglia o si arriccia a spirale senza alcuna forza esterna. Questo è simile a ciò che accade su scala nanometrica con alcuni materiali sottili.
I ricercatori hanno scoperto che quando alcuni tipi di nanopiastrine semiconduttrici – cristalli estremamente sottili e piatti – sono rivestiti con uno strato di molecole organiche chiamate ligandi, si arricciano in forme complesse, inclusi tubi, torsioni ed eliche. Questa trasformazione è guidata dalle diverse forze che i ligandi applicano alle superfici superiore e inferiore delle nanopiastrine.
L'importanza di questa scoperta risiede nella capacità di prevedere e controllare la forma di queste nanopiastrine comprendendo l'interazione tra i ligandi e la superficie delle nanopiastrine.
L'ispirazione per questa ricerca nasce dall'osservazione di fenomeni naturali in cui prevalgono le strutture elicoidali, dal DNA delle nostre cellule alla torsione spontanea dei baccelli. Queste strutture possiedono proprietà uniche che sono altamente desiderabili nella scienza dei materiali per le loro potenziali applicazioni in meccanica, elettronica e ottica.
Le nanopiastrine, con la loro capacità di formare strutture elicoidali e le eccezionali proprietà ottiche dovute al confinamento quantistico, si rivelano i principali candidati per la creazione di nuovi materiali con caratteristiche specifiche. Questi potrebbero includere materiali che riflettono selettivamente la luce, conducono l'elettricità in modi nuovi o hanno proprietà meccaniche uniche.
Le implicazioni di questa ricerca sono considerevoli. Fornendo un quadro per comprendere e controllare la forma delle nanopiastrine, gli scienziati hanno a disposizione un nuovo strumento per progettare materiali con proprietà ottimizzate con precisione per l'uso in tecnologie che vanno dall'elettronica avanzata ai materiali reattivi e intelligenti.
Ad esempio, le nanopiastrine potrebbero essere progettate per cambiare forma in risposta alle condizioni ambientali, come la temperatura o la luce, aprendo la strada a materiali che si adattano e rispondono all’ambiente circostante. Ciò potrebbe portare a progressi nella creazione di sensori più efficienti.
Inoltre, lo studio suggerisce la possibilità di creare materiali in grado di passare da una forma all'altra con un apporto energetico minimo, una caratteristica che potrebbe essere sfruttata nello sviluppo di nuove forme di attuatori o interruttori su scala nanometrica.
Ulteriori informazioni: Debora Monego et al, Le curvature incompatibili indotte dal ligando controllano il polimorfismo e la chiralità delle nanopiastrine ultrasottili, Atti dell'Accademia nazionale delle scienze (2024). DOI:10.1073/pnas.2316299121
Fornito dal Centro di eccellenza ARC nella scienza degli eccitoni
