[ad_1]
partikel nano dari dua ukuran yang berbeda melepaskan diri dari desain simetris.
Kristal kompleks yang meniru logam—termasuk struktur yang tidak ada padanan alaminya—dapat dicapai dengan pendekatan baru untuk memandu perakitan mandiri partikel nano.
Bukan hanya nanopartikel yang berfungsi sebagai “setara atom,” kristal yang diproduksi dan ditafsirkan oleh Northwestern University, University of Michigan dan Argonne National Laboratory mengandalkan partikel yang lebih kecil yang mensimulasikan elektron.
Ilustrasi struktural menunjukkan triple-double-gyroid, sebuah nnostruktur kristal baru yang ditemukan oleh para peneliti di Northwestern University, University of Michigan dan Argonne National Laboratory. Itu belum pernah ditemukan di alam atau disintesis sebelumnya. Bola tembus berwarna merah, hijau dan biru menunjukkan posisi nanopartikel besar. Setiap warna mewakili struktur giroid ganda. Bola dan tongkat abu-abu gelap menunjukkan lokasi partikel mirip elektron yang lebih kecil di salah satu dari tiga jenis situs tempat partikel tersebut muncul. Pembentukan struktur kristal baru ini adalah hasil dari cara nanopartikel seperti elektron mengontrol jumlah tetangga di sekitar nanopartikel yang lebih besar. Kredit gambar: Sangmin Lee, Glotzer Group
“Kami telah mempelajari sesuatu yang mendasar tentang sistem untuk membuat materi baru,” kata Northwestern’s Chad Mirkin, Profesor Kimia George B. Rathmann di Weinberg College of Arts and Sciences dan rekan penulis makalah di Nature Materials. “Strategi untuk mematahkan simetri ini menulis ulang aturan untuk desain dan sintesis material.”
Nanopartikel memiliki potensi untuk memungkinkan material baru dengan sifat yang dapat dirancang dengan hati-hati, tetapi salah satu tantangan besar adalah membuat material ini dapat dirakit sendiri. Struktur nano terlalu kecil dan banyak untuk dibangun bata demi bata.
Kristal koloid adalah keluarga susunan rakitan yang dibuat oleh partikel nano, dengan aplikasi potensial dalam fotonik. Kristal yang dapat mengubah cahaya dapat direkayasa untuk segala hal mulai dari sensor cahaya dan laser hingga komunikasi dan komputasi.
“Menggunakan nanopartikel besar dan kecil, di mana yang lebih kecil bergerak seperti elektron dalam kristal atom logam, adalah pendekatan baru untuk membangun struktur kristal koloid yang kompleks,” kata Sharon Glotzer, Ketua Departemen Teknik Kimia Anthony C. Lembke di UM dan penulis koresponden.
Tim Mirkin menciptakan kristal koloid dengan melapisi nanopartikel logam dengan DNA untuk membuat mereka menempel satu sama lain. Untai DNA saling melengkapi, yang berarti mereka terikat satu sama lain. Dengan menyetel parameter seperti panjang DNA dan seberapa padat nanopartikel dilapisi, nanopartikel logam dapat “diprogram” untuk mengatur diri mereka sendiri dengan cara tertentu. Akibatnya, mereka disebut setara atom yang dapat diprogram.
Namun, “atom” dalam kristal ini—bola dengan lapisan DNA yang rata—adalah sama ke segala arah, sehingga cenderung membentuk struktur simetris. Untuk membangun struktur yang kurang simetris, mereka membutuhkan sesuatu untuk mematahkan simetri.
“Membangun penemuan Chad sebelumnya tentang ‘setara elektron’ dengan Monica Olvera De La Cruz dari Northwestern, kami menjelajahi struktur yang lebih kompleks di mana kontrol atas jumlah tetangga di sekitar setiap partikel menghasilkan pemutusan simetri lebih lanjut,” kata Glotzer.
Bola logam yang lebih kecil, dengan lebih sedikit untai DNA untuk membuatnya kurang lengket, akhirnya bertindak seperti elektron dalam susunan “atom” nanopartikel yang lebih besar. Mereka menjelajahi bagian dalam struktur, menstabilkan kisi nanopartikel besar. Tim Mirkin memvariasikan kelengketan nanopartikel “elektron” untuk mendapatkan struktur yang berbeda, serta mengubah suhu dan rasio “atom” nanopartikel dan “elektron”.
Mereka menganalisis struktur ini dibantu oleh studi hamburan sinar-x sudut kecil yang dilakukan dengan Byeongdu Lee, seorang fisikawan di Argonne National Laboratory dan penulis koresponden. Data itu mengungkapkan tiga struktur kompleks dan simetri rendah. Satu, yang terowongan bengkoknya dikenal sebagai struktur giroid ganda rangkap tiga, tidak memiliki padanan alami yang diketahui.
Kristal koloid baru dengan simetri rendah ini menawarkan sifat optik dan katalitik yang tidak dapat dicapai dengan kristal lain, dan metode pemecah simetri menjanjikan lebih banyak struktur baru. Tim Glotzer mengembangkan simulasi komputer untuk membuat ulang hasil perakitan sendiri, membantu menguraikan pola rumit dan mengungkap mekanisme yang memungkinkan nanopartikel membuatnya.
“Kami berada di tengah era yang belum pernah terjadi sebelumnya untuk penemuan material,” kata Mirkin. “Ini adalah langkah maju lainnya dalam menghadirkan materi baru yang belum dijelajahi dari buku sketsa dan ke dalam aplikasi yang dapat memanfaatkan sifat luar biasa mereka.”
Sumber: Universitas Michigan
[ad_2]
