Pubblicità
Motherboard

Questi 'atomi artificiali' si assemblano da soli in strutture complesse

Si è aperta una nuova frontiera nella scienza dei materiali.

di Michael Byrne
03 agosto 2017, 7:57am

Gli umani tendono a costruire cose a partire da altre cose sin dall'età della pietra, ma solo negli ultimi 200 anni circa tutta questa faccenda è diventata davvero pirotecnica. Basta pensare a tutte le leghe, le plastiche, le gomme, gli strati di silicio, i cristalli liquidi e le molecole di DNA hackerate. Sarebbe stato semplice auto-dichiararsi divinità dei materiali e prendersi una bella vacanza, ma i ricercatori vogliono andare più a fondo. Il più a fondo possibile, a dirla tutta — Vogliono che fare hackerare da soli degli atomi per poi creare delle strutture completamente nuove a partire da questi meta-atomi.

Ed è qui che siamo arrivati. In verità siamo nel bel mezzo di una rivoluzione dei meta-materiali da circa 10 anni — e il cuore di questa rivoluzione è un tipo di grafene sottile quanto un atomo — e non siamo nemmeno arrivati al più bello. Diamo un'occhiata a questo nuovo paper pubblicato lunedì su Nature e che descrive la rapida cristallizzazione di alcune nanostrutture di super-reticolo ingegnerizzate a partire da degli "atomi artificiali." Anche se la produzione di questo tipo di materiali è stata da sempre considerata troppo lenta per essere realisticamente fattibile, questo nuovo lavoro accelera i tempi enormemente — Se prima eravamo nell'ordine dei giorni, adesso siamo nell'ordine dei secondi.

In base alla sua composizione, i super-reticoli offrono proprietà che spaziano da una resistenza incredibile fino a una conduttività altamente regolabile. Alcuni super-reticoli, infatti, sono un buon punto di osservazione per analizzare e sperimentare con gli effetti quantici.

Un atomo artificiale non è un singolo oggetto quanto più che altro un termine vago per descrivere un assembramento di particelle che insieme si comportano in maniera molto simile a quella di un atomo. In particolare, gli atomi artificiali dovrebbero essere in grado di combinarsi con altri atomi artificiali in strutture che assomigliano a delle molecole. In questo caso, gli atomi artificiali assumono la forma di piccoli cristalli di palladio, un metallo argentato raro. Ogni nanocristallo/atomo artificiale è composto da un numero di atomi che va da 100 a 10.000, è quindi ancora abbastanza piccolo per essere influenzato dalle meccaniche quantiche.

Un super-reticolo di base è solo un cristallo dove gli atomi reali sono stati scambiati con degli atomi artificiali. Come i cristalli normali, i super-reticolo possono essere fatti crescere a partire da dei nanocristalli in una soluzione, per poi perdere energia e ricomporsi in pattern cristallini ordinati. Si è sempre pensato che questo tempo di formazione fosse abbastanza lungo, ma i ricercatori dietro a questo paper hanno scoperto che non questa attesa non è strettamente indispensabile.

Si è trattato di una scoperta più o meno accidentale. Tutto ciò che i ricercatori volevano fare era guardare come si formavano i cristalli, e ci sono riusciti aggiungendo una finestra di osservazione a una camera di reazione grossa più o meno come un mandarino. Sono finiti per osservare — con l'aiuto di un laser sonda a raggi-X — dei super-reticoli assemblarsi da soli nell'arco di pochi secondi. Nei punti in cui il raggio laser avrebbe dovuto restituire un pattern formato per la maggior parte da particelle individuali, il pattern reale corrispondeva in realtà a intere strutture di super-reticoli.

Secondo il comunicato stampa, i due studenti che stavano conducendo l'esperimento a un certo punto hanno scritto al loro professore, "Sta succedendo qualcosa di strano."

"Una volta che abbiamo compreso il funzionamento del sistema, abbiamo capito che questo processo potrebbe essere molto più generale di quanto all'inizio pensavamo," ha spiegato in una dichiarazione Liheng Wu, primo autore dello studio e ricercatore di ingegneria chimica della Stanford University. "Abbiamo dimostrato che non è una dinamica limitata soltanto ai metalli, ma può essere estesa ai materiali semi-conduttivi e molto probabilmente anche a molti altri materiali."

In altre parole, potrebbe essere possibile creare nuovi materiali assurdi utilizzando lo stesso processo.