(Phys.org) - Si puede romper uniformemente la simetría de pares de nanobarras en una solución coloidal, estás un paso por delante del juego hacia el logro de nuevas y emocionantes propiedades de metamateriales. Pero el ensamblaje coloidal tradicional impulsado por termodinámica de estos metamateriales, que son materiales definidos por sus propiedades no naturales, a menudo dan lugar a estructuras con alto grado de simetrías en el material a granel. En este caso, el requerimiento de energía no permite que la estructura rompa su simetría.

En un estudio dirigido por Xiang Zhang, director de la División de Ciencias de Materiales de Berkeley Lab, él y su grupo de investigación de la Universidad de California (UC) Berkeley lograron romper la simetría en una solución de metamaterial a granel por primera vez. Zhang y su grupo demostraron metamateriales ópticos autoensamblados con simetrías rotas personalizadas y, por lo tanto, respuestas electromagnéticas únicas que se pueden lograr a través de su nuevo método. Los resultados han sido publicados en Nanotecnología de la naturaleza . El artículo se titula "Autoensamblaje impulsado por retroalimentación de metamateriales ópticos que rompen la simetría en solución".

"Desarrollamos una ruta innovadora de autoensamblaje que podría superar el límite termodinámico convencional en los sistemas químicos sintéticos", explica Sui Yang. autor principal del artículo Nature Nanotechnology y miembro del grupo de investigación de Zhang. "Específicamente, utilizamos la propiedad del material como un mecanismo de retroalimentación de autocorrección para autodeterminar la estructura final ".

Esto llevó al grupo a producir nanoestructuras que históricamente se han considerado imposibles de ensamblar.

El método ampliamente utilizado de síntesis de metamateriales es la fabricación de arriba hacia abajo, como la litografía por haz de electrones o por haz de iones de foco, que a menudo da como resultado metamateriales fuertemente anisotrópicos y de pequeña escala.

"La gente construye metamateriales utilizando métodos de arriba hacia abajo que incluyen exposición a la luz y exposición al haz de electrones, que son ineficientes y costosos, "dice Xingjie Ni, otro autor principal del artículo. "Si queremos utilizar metamateriales, necesitamos desarrollar una forma de construirlos de manera económica y eficiente ".

La ruta ascendente cumple estos requisitos. Comenzando con una solución de nanovarillas coloidales, Yang y Ni se basaron en la técnica común de autoensamblaje utilizada para construir nanopartículas. El giro que agregaron fue introducir un mecanismo de retroalimentación mediante el cual obtener el producto deseado.

El producto deseado al sintetizar nanovarillas de oro coloidal, que se estabilizan durante el crecimiento para obtener un enlace preferencial a lo largo de las facetas longitudinales, son pares de varillas, o dímeros, que se desplazan en una cierta cantidad:su simetría se rompe uniformemente.

"Cuando tienes esta reacción, obtienes todo tipo de productos. Tienes un par de nanobarras sin ningún cambio entre sí; o un par que se cambia demasiado; o no lo suficiente. Este es un proceso típico y se rige por la termodinámica, "explica Yang.

El equipo utilizó un láser para excitar la resonancia plasmónica de partículas específicas producidas en la reacción. Esto les permitió separar las resonancias no deseadas, indicando pares de nanovarillas que no se han desplazado la cantidad deseada, y disociar esos pares usando calor de la excitación.

"Sólo la resonancia deseada sobrevive en este proceso, "Ni dice". Entonces la reacción se puede repetir para producir más de lo deseado, partículas de simetría rota basadas en su firma plasmónica. La clara distinción en los perfiles de resonancia hace que este sea un método altamente selectivo.

"Este es un nuevo método de fabricación de autoensamblaje que la gente puede emplear comúnmente:usamos las propiedades propias del material para impulsar la formación de nanoestructuras en la solución. Esto tiene el valor intrínseco de hacer muchas estructuras en un lote".

El método desarrollado en el grupo de investigación de Zhang se puede aplicar a muchas otras nanopartículas; Por supuesto, casi cualquier estructura que pueda autoensamblarse podría producirse de esta manera. Esto resuelve el problema de lograr una rotura simétrica a gran escala, y puede abrir la puerta a nuevas propiedades y aplicaciones.

El mecanismo de retroalimentación único conduce a nanoestructuras controladas con precisión con simetrías y funcionalidades más allá de las convencionales.

"Como demostración en nuestro periódico, Hemos sintetizado una nueva clase de metamateriales ópticos que rompen la simetría que tienen respuestas electromagnéticas isotrópicas y se pueden utilizar en una serie de aplicaciones importantes. como imágenes de sublongitud de onda, camuflaje óptico y detección, "dice Yang.

"En contraste con la sabiduría convencional de que la estructura de un material determina sus propiedades, sugerimos provocativamente que las propiedades físicas de los materiales, por diseño, puede dictar la evolución del autoensamblaje y autodeterminar las estructuras de los materiales a granel ”, concluye Zhang.