La trasformazione reversibile della nanoelica è uno dei fenomeni più squisiti e importanti in natura. I nanomateriali raramente formano cristalli elicoidali. A causa dell’irreversibilità delle forze di torsione studiate finora, la detorsione è più difficile della ritorsione delle nanoeliche cristalline. Pertanto, molte trasformazioni di torsione reversibili tra due prodotti cristallini stabili sono rare e richiedono un bilancio energetico sensibile. Questa trasformazione reversibile delle nanoeliche è stata a lungo considerata difficile da realizzare.
I ricercatori dell'Istituto Hefei di Scienze Fisiche dell'Accademia Cinese delle Scienze, in collaborazione con ricercatori dell'Università di Nanchino e dell'Università di Scienza e Tecnologia della Cina, hanno scoperto una sottile relazione di competizione e cooperazione all'interno della struttura cristallina, stabilendo un delicato equilibrio energetico tra le strutture delle nanoeliche cristalline ritorte e non ritorte.
Per la prima volta, i ricercatori sono riusciti a ottenere molteplici trasformazioni reversibili tra nanofili e nanoeliche. Lo studio è stato pubblicato su Nature Communications .
Utilizzando la risonanza di spin elettronico (ESR), inclusa l'ESR ad alto campo, presso l'impianto sperimentale per campi magnetici elevati allo stato stazionario, i ricercatori hanno dimostrato cambiamenti nell'ambiente di coordinazione del Co(II) e una diminuzione della simmetria della nanoelica. La spettroscopia di risonanza magnetica nucleare allo stato solido e la spettroscopia terahertz hanno rivelato che le interazioni π-π svolgono un ruolo cruciale nella crescita elicoidale.
Questi risultati, combinati con calcoli teorici e vari esperimenti di validazione, suggeriscono che la svolta deriva dall’interazione competitiva tra reazioni di condensazione e processi di impilamento π-π. Questo esclusivo meccanismo di crescita competitiva, insieme alla micro-regolabilità della modalità di crescita, è la chiave per costruire sistemi di bilancio energetico finemente regolabili e ottenere trasformazioni elicoidali reversibili.
Progettando e modificando selettivamente le forze intermolecolari e controllando con precisione i tassi di crescita in diverse direzioni mantenendo la struttura complessiva, è possibile modificare la direzione del bilancio energetico, realizzando la torsione, lo srotolamento e la ritorsione delle nanoeliche.
Questo studio presenta un nuovo approccio per progettare trasformazioni cristalline reversibili mettendo a punto le interazioni intermolecolari per consentire molteplici trasformazioni reversibili nei cristalli. Questa tecnica offre una nuova prospettiva per la cristallografia, migliora la teoria cristallografica e consente la realizzazione di vari processi reversibili complessi.
Ulteriori informazioni: Wei Du et al, Torsione, srotolamento e ritorsione di nanoeliche elastiche a base di Co, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-40001-w
Informazioni sul giornale: Comunicazioni sulla natura
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
