Исследовательская группа во главе с Национальной лабораторией Лоуренса Беркли продемонстрировала концентрические нанокольца, которые с большой точностью собираются из строительных блоков самостоятельно.
Как сообщается в ACS Nano, новый метод заставляет различные полимеры и неорганические частицы спонтанно формировать кольца в течние нескольких минут после добавления особой молекулы, без которой кольца невозможны.
«Это нас полностью удивило. В нанонауке материал обычно должен состоять из идеальных ингредиентов с химическим сродством или совместимостью, иначе это мусор на входе и мусор на выходе. Поэтому, когда мы впервые сделали наблюдение более 10 лет назад, мы не могли его объяснить, но оказалось, что за счет увеличения разнообразия ингредиентов сложная система приобретает способность самоадаптироваться и контролировать недостатки».
- сказала старший автор Тинг Сюй, старший научный сотрудник отдела материаловедения лаборатории Беркли и профессор химии, материаловедения и инженерии Калифорнийского университета.
Они предсказали, что такая молекулярная миграция высвободит энтропию системы и направит ее на точную организацию частиц, в данном случае в кольца, и на образование нанодоменов - участков распределения молекул с разной массой.
Используя томографию 3D STEM (сканирующий просвечивающий электронный микроскоп) в молекулярном литейном цехе лаборатории Беркли, Тинг Сюй и ее команда наметили точное размещение наночастиц в самособирающемся материале. На электронной микрофотографиии видно, что в центре находится некая структура, вокруг которой начали конденсироваться окружности, периодически нарушаемые кольцом атипичного вида. Снаружи же комплекса, куда кольца еще не дошли, создается сложная организация лабиринта из разных молекул.
Состав этих молекул весьма разнообразен: 14 смесей на основе оксида железа и олеиновой кислоты; супрамолекула на основе блок-полимера; разные органические мелкие молекулы; и кусочки кремнезема, снаружи покрытые полистиролом.
Главный потенциал метода: может ли самособирающаяся линза направить пучок света?
В заголовке материал был упомянут как оптический, что не просто так. Цзе Яо, научный сотрудник отдела материаловедения лаборатории Беркли и доцент кафедры материаловедения и инженерии в Калифорнийском университете, со своей командой обнаружил, что структура взаимодействует с орбитальным угловым моментом света, превращая пучок в спираль и направляя его под углом.
Яо добавил, что наноматериалы, которые кодируют спиральность в лучи света, могут удвоить или даже утроить пропускную способность обычных волоконно-оптических сетей для интернет-коммуникаций, а также продвинуть новые технологии беспроводной связи, такие как оптика в свободном пространстве.