Los ingenieros de la Universidad de Duke están persuadiendo a las partículas microscópicas para que se ensamblen en estructuras cristalinas más grandes mediante el uso de concentraciones variables de partículas microscópicas y campos magnéticos.

Estas estructuras cristalinas a nanoescala, que hasta ahora ha sido difícil y lento de producir utilizando las tecnologías actuales, podrían utilizarse como componentes básicos para ópticas avanzadas, almacenamiento de datos y bioingeniería, dijo el equipo de investigación.

"No solo desarrollamos los fundamentos teóricos de esta nueva técnica, pero demostramos en el laboratorio que podíamos crear más de 20 estructuras programadas diferentes, "dijo Benjamin Yellen, profesor asistente de ingeniería mecánica y ciencia de los materiales en la Escuela de Ingeniería Pratt de Duke y miembro principal del equipo de investigación. Los resultados de los experimentos de Duke se publicaron en línea en la revista. Comunicaciones de la naturaleza .

"A pesar de la promesa de crear nuevas clases de estructuras artificiales, Los métodos actuales para crear estas pequeñas estructuras de una manera confiable y rentable sigue siendo un desafío abrumador, ", Dijo Yellen." Este nuevo enfoque podría abrir caminos para la fabricación de materiales complejos que no se pueden producir con las técnicas actuales ".

La investigación fue apoyada por el Research Triangle Materials Research Science and Engineering Center, que está financiado por la National Science Foundation.

El método tradicional para crear cristales artificiales se describe como "de arriba hacia abajo" por Yellen, lo que significa que están formados por litografía o técnicas de moldeo, y no se puede crear fácilmente en tres dimensiones.

"Nuestro enfoque es mucho más 'de abajo hacia arriba, 'en el sentido de que estamos comenzando en el nivel de un modelo de' átomo 'y avanzando hacia arriba, "Dijo Yellen.

Al manipular la magnetización dentro de una solución líquida, los investigadores de Duke persuadieron a las partículas magnéticas y no magnéticas a formar nanoestructuras intrincadas, como cadenas, anillos y celosías.

Las nanoestructuras se forman dentro de un líquido conocido como ferrofluido, que es una solución que consta de suspensiones de nanopartículas compuestas por compuestos que contienen hierro. Una de las propiedades únicas de estos fluidos es que se magnetizan mucho en presencia de campos magnéticos externos. Las partículas que son menos magnéticas que el ferrofluido se comportan de manera similar a las cargas negativas, mientras que las partículas que son más magnéticas que el ferrofluido actúan como cargas positivas. Las partículas opuestas se atraen entre sí para formar estructuras que se asemejan a cristales de sal.

Dado que la magnetización del fluido y las concentraciones de las partículas controlan cómo las partículas son atraídas o repelidas entre sí, los investigadores pudieron controlar las formas y patrones de ensamblaje. Al "ajustar" adecuadamente estas interacciones, las partículas magnéticas y no magnéticas se forman una alrededor de la otra, de forma muy similar a como se forma un copo de nieve alrededor de una partícula de polvo microscópica.

Según Yellen, Los investigadores han podido durante mucho tiempo crear estructuras diminutas compuestas por un solo tipo de partícula, pero la demostración de estructuras sofisticadas que se ensamblan en soluciones que contienen múltiples tipos de partículas ha sido difícil de lograr. La estructura de estas nanoestructuras determina cómo se pueden utilizar en última instancia.

Yellen prevé el uso de estas nanoestructuras en dispositivos ópticos avanzados, como sensores, donde se podrían diseñar diferentes nanoestructuras para poseer propiedades ópticas personalizadas. Yellen también prevé que los anillos compuestos de partículas metálicas podrían usarse para diseños de antenas, y quizás como uno de los componentes clave en la construcción de materiales que exhiben "magnetismo óptico" artificial y permeabilidad magnética negativa.