Algunos de los avances recientes en nanotecnología dependen fundamentalmente de cómo las nanopartículas se mueven y se difunden en una superficie o en un fluido en condiciones no ideales o extremas. Georgia Tech cuenta con un equipo de investigadores dedicados a avanzar en esta frontera.

Rigoberto Hernández, profesor de la Facultad de Química y Bioquímica, investiga estas relaciones mediante el estudio de simulaciones de dinámica de partículas tridimensionales en computadoras de alto rendimiento. Sus nuevos hallazgos, que se centran en los movimientos de una sonda esférica entre agujas estáticas, han aterrizado en la portada de The de febrero Revista de química física B .

Hernández y su ex Ph.D. estudiante, Ashley Tucker, reunió los dispersores en forma de varilla en uno de dos estados durante sus simulaciones:desordenado (isotrópico) y ordenado (nemático). Cuando las nanovarillas estaban desordenadas, apuntando en varias direcciones, Hernández descubrió que una partícula se difunde típicamente de manera uniforme en todas las direcciones. Cuando todas las varillas apuntan en la misma dirección, la partícula, de media, difundido más en la misma dirección que las varillas que contra la fibra de las varillas. En este estado nemático, El movimiento de la sonda imitó la forma alargada de los dispersores. La sorpresa fue que las partículas a veces se difundieron más rápido en el entorno nemático que en el entorno desordenado. Es decir, los canales que quedan abiertos entre las nanovarillas ordenadas no solo dirigen las nanopartículas en una dirección, también les permiten pasar rápidamente.

A medida que aumenta la densidad de los dispersores, los canales se llenan cada vez más. La partícula que se difunde a través de estos conjuntos cada vez más poblados se ralentiza drásticamente en la simulación. Sin embargo, los investigadores encontraron que los dispersores nemáticos continuaron acomodando una difusión más rápida que los dispersores desordenados.

"Estas simulaciones nos acercan un paso más a la creación de un dispositivo de nanovarillas que permite a los científicos controlar el flujo de nanopartículas, ", dijo Hernández." Las aplicaciones de cielo azul de tales dispositivos incluyen la creación de nuevos patrones de luz, flujo de información y otros disparadores microscópicos ".

Por ejemplo, si los científicos necesitan una sonda para difundir en una dirección específica a una velocidad particular, podrían hacer que las nanobarras se movieran en una dirección específica. Cuando necesitan cambiar la dirección de la partícula, Entonces, los dispersores podrían activarse para reorganizarse en una dirección diferente. En efecto, el desencadenante podría ser la ausencia de suficientes nanopartículas en una parte determinada del dispositivo. El consiguiente reordenamiento de las nanovarillas impulsaría una repoblación de nanopartículas que luego estarían disponibles para realizar una acción deseada, como para estimular el flujo de luz.

"Si bien este trabajo financiado por la NSF para comprender mejor el movimiento de las partículas dentro de matrices complejas a nanoescala es muy fundamental, "Hernández dice, "Tiene importantes implicaciones a largo plazo en la fabricación y el rendimiento de dispositivos a tales escalas. Es divertido pensar en ello y proporciona una gran formación para mis estudiantes".