Il team, guidato da ricercatori dell'Università della California, Berkeley, ha svelato i segreti dietro la formazione spontanea di queste strutture a torta, costituite da cinque domini triangolari che si irradiano verso l'esterno da un punto centrale. Il loro studio, pubblicato sulla rivista Nature Nanotechnology, fa luce sull’interazione delle interazioni molecolari e della geometria che guidano questo comportamento unico di autoassemblaggio.
Gli attori chiave in questo processo di assemblaggio sono piccole molecole organiche note come ftalocianine, in particolare ftalocianine di rame (CuPc). Quando queste molecole vengono sciolte in un solvente e poi depositate su un substrato, subiscono una notevole trasformazione, auto-organizzandosi in “quasicristalli pentagonali” altamente ordinati.
Ciò che rende queste strutture così affascinanti è la loro somiglianza con i quasicristalli, una classe di materiali che possiedono un ordine a lungo raggio senza simmetria traslazionale. In altre parole, le molecole all’interno di queste strutture sono disposte secondo uno schema ripetuto, ma non in modo periodico e regolare come i cristalli tradizionali.
Per comprendere le forze trainanti dietro questo esclusivo autoassemblaggio, i ricercatori hanno utilizzato una combinazione di tecniche sperimentali e modellizzazione teorica. I loro risultati suggeriscono che le interazioni molecolari responsabili di questo comportamento coinvolgono un delicato equilibrio di forze attrattive e repulsive tra le molecole di CuPc.
Nello specifico, la struttura molecolare rigida delle ftalocianine e la loro tendenza a formare legami idrogeno con le molecole vicine contribuiscono alla formazione di questi modelli altamente organizzati. L’equilibrio di queste interazioni determina l’emergere di cinque domini distinti, simili a fette di torta.
Il team ha inoltre scoperto che la dimensione dei quasicristalli pentagonali può essere controllata con precisione regolando la concentrazione delle molecole di CuPc nella soluzione. Questa possibilità di regolazione apre interessanti possibilità per la fabbricazione di nanomateriali funzionali e dispositivi con proprietà personalizzate.
L'autoassemblaggio spontaneo delle molecole di CuPc in quasicristalli pentagonali fornisce un notevole esempio di come complesse interazioni molecolari possano dare origine a strutture su scala nanometrica complesse e belle. I risultati di questo studio non solo ampliano la nostra comprensione dei processi fondamentali di autoassemblaggio, ma aprono anche la strada alla progettazione e all’ingegnerizzazione di nuovi materiali con potenziali applicazioni nell’elettronica, nell’ottica e in altre aree tecnologiche.
