Los átomos tienen un centro cargado positivamente rodeado por una nube de partículas cargadas negativamente. Este tipo de arreglo, resulta, también puede ocurrir a un nivel más macroscópico, dando nuevos conocimientos sobre la naturaleza de cómo se forman e interactúan los materiales.

En un nuevo estudio del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), Los científicos han examinado la estructura interna de un material llamado cristal coloidal, que consiste en una matriz altamente ordenada de partículas más grandes y más pequeñas intercaladas en arreglos regulares. Un mayor conocimiento de cómo se estructuran y se comportan los cristales coloidales podría ayudar a los científicos a determinar las aplicaciones para las que son más adecuados. como la fotónica.

En una investigación pionera esbozada en un número reciente de Ciencias , Los científicos ataron partículas más pequeñas a las más grandes utilizando ADN, permitiéndoles determinar cómo se llenaron las partículas más pequeñas en las regiones que rodean a las más grandes. Al usar partículas tan pequeñas como 1,4 nanómetros, extremadamente pequeñas para las partículas coloidales, los científicos observaron un efecto emocionante:las partículas pequeñas deambulaban alrededor de partículas más grandes ordenadas regularmente en lugar de permanecer bloqueadas de manera ordenada.

Debido a este comportamiento, los cristales coloidales podrían diseñarse para dar lugar a una variedad de nuevas tecnologías en el campo de la óptica, catálisis, y administración de fármacos. Las pequeñas partículas tienen el potencial de actuar como mensajeros, llevando otras moléculas, corriente eléctrica o información de un extremo a otro de un cristal.

"Las partículas más pequeñas actúan esencialmente como un pegamento que mantiene unida la disposición de las partículas más grandes, ", dijo el físico de rayos X de Argonne y autor del estudio, Byeongdu Lee." Con solo unas pocas gotas de pegamento, la mejor posición para colocarlos es en las esquinas entre las partículas más grandes. Si agrega más perlas de pegamento, se desbordarían hasta los bordes ".

Las pequeñas partículas que se asientan en las esquinas tienden a quedarse quietas, una configuración que Lee llamó localización. Las partículas adicionales que se encuentran en los bordes tienen más libertad de movimiento, deslocalizarse. Al estar atado a partículas más grandes y con la capacidad de localizarse y deslocalizarse, las pequeñas partículas actúan como "equivalentes de electrones" en la estructura cristalina. La deslocalización de pequeñas partículas, que los autores llamaron metalicidad, no se había observado hasta ahora en conjuntos de partículas coloidales.

Adicionalmente, dado que las pequeñas partículas se deslocalizan en parte, el efecto crea un material que desafía las definiciones más tradicionales de un cristal, según Lee.

"Normalmente, cuando cambias la composición de un cristal, la estructura también cambia, ", dijo." Aquí, puede tener un material que sea capaz de mantener su estructura general con diferentes proporciones de sus componentes ".

Para visualizar la estructura de los cristales coloidales, Lee y sus colegas utilizaron haces de rayos X de alto brillo proporcionados por Advanced Photon Source (APS) de Argonne, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE. El APS ofreció una ventaja clave porque permitió a los científicos observar la estructura del cristal directamente en solución. "Este sistema solo es estable en solución, una vez que se seque, la estructura se deforma, "Dijo Lee.