Οι επιστήμονες εξηγούν γιατί ορισμένα μόρια οργανώνονται αυθόρμητα σε πέντε φέτες πίτας νανοκλίμακας
Η ομάδα, με επικεφαλής τους ερευνητές του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας, Berkeley, έχει αποκαλύψει τα μυστικά πίσω από τον αυθόρμητο σχηματισμό αυτών των δομών που μοιάζουν με πίτσα, οι οποίες αποτελούνται από πέντε τριγωνικούς τομείς που ακτινοβολούν προς τα έξω από ένα κεντρικό σημείο. Η μελέτη τους, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Nanotechnology, φωτίζει την αλληλεπίδραση των μοριακών αλληλεπιδράσεων και της γεωμετρίας που οδηγούν αυτή τη μοναδική συμπεριφορά αυτοσυναρμολόγησης.
Οι βασικοί παίκτες αυτής της διαδικασίας συναρμολόγησης είναι μικρά οργανικά μόρια γνωστά ως φθαλοκυανίνες, συγκεκριμένα οι φθαλοκυανίνες χαλκού (CUPC). Όταν αυτά τα μόρια διαλύονται σε έναν διαλύτη και στη συνέχεια εναποτίθενται σε ένα υπόστρωμα, υποβάλλονται σε αξιοσημείωτο μετασχηματισμό, αυτο-οργανωτικό σε εξαιρετικά διατεταγμένες "πεντάγωνο quasicrystals".
Αυτό που κάνει αυτές τις δομές τόσο συναρπαστικές είναι η ομοιότητά τους με τους quasicrystals, μια κατηγορία υλικών που διαθέτουν σειρά μεγάλης εμβέλειας χωρίς μεταφραστική συμμετρία. Με άλλα λόγια, τα μόρια μέσα σε αυτές τις δομές είναι διατεταγμένες σε ένα επαναλαμβανόμενο μοτίβο, αλλά όχι σε κανονικό περιοδικό τρόπο όπως οι παραδοσιακοί κρύσταλλοι.
Για να κατανοήσουν τις κινητήριες δυνάμεις πίσω από αυτή τη μοναδική αυτοσυναρμολόγηση, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα συνδυασμό πειραματικών τεχνικών και θεωρητικής μοντελοποίησης. Τα ευρήματά τους υποδεικνύουν ότι οι μοριακές αλληλεπιδράσεις που είναι υπεύθυνες για αυτή τη συμπεριφορά περιλαμβάνουν μια λεπτή ισορροπία ελκυστικών και απωθητικών δυνάμεων μεταξύ των μορίων CUPC.
Συγκεκριμένα, η άκαμπτη μοριακή δομή των φθαλοκυανινών και η τάση τους να σχηματίζουν δεσμούς υδρογόνου με γειτονικά μόρια συμβάλλουν στο σχηματισμό αυτών των εξαιρετικά οργανωμένων μοτίβων. Η ισορροπία αυτών των αλληλεπιδράσεων έχει ως αποτέλεσμα την εμφάνιση πέντε ξεχωριστών περιοχών, που μοιάζουν με φέτες πίτας.
Η ομάδα ανακάλυψε επίσης ότι το μέγεθος των πενταγωνικών quasicrystals μπορεί να ελεγχθεί με ακρίβεια ρυθμίζοντας τη συγκέντρωση των μορίων CUPC στο διάλυμα. Αυτή η συναυλία ανοίγει συναρπαστικές δυνατότητες για την κατασκευή λειτουργικών νανοϋλικών και συσκευών με προσαρμοσμένες ιδιότητες.
Η αυθόρμητη αυτοσυναρμολόγηση των μορίων CUPC σε πεντάγωνο Quasicrystals παρέχει ένα αξιοσημείωτο παράδειγμα του πόσο περίπλοκες μοριακές αλληλεπιδράσεις μπορούν να προκαλέσουν σύνθετες και όμορφες δομές νανοκλίμακας. Τα ευρήματα αυτής της μελέτης όχι μόνο επεκτείνουν την κατανόηση των θεμελιωδών διαδικασιών αυτο-συναρμολόγησης, αλλά και ανοίγουν το δρόμο για το σχεδιασμό και τη μηχανική των νέων υλικών με πιθανές εφαρμογές σε ηλεκτρονικά, οπτικά και σε άλλους τεχνολογικούς τομείς.
