Investigadores de la Universidad de Brown han ensamblado superestructuras complejas a macroescala a partir de bloques de construcción de nanopartículas en forma de pirámide. La investigación, descrito en la revista Naturaleza , demuestra una nueva y prometedora forma de llevar las propiedades útiles de las nanopartículas a materiales y dispositivos a macroescala.

"Se han realizado muchas investigaciones para fabricar superestructuras a partir de nanopartículas esféricas, pero mucho menos usando bloques de construcción tetraédricos, "dijo Ou Chen, profesor asistente de química en Brown y autor principal del estudio. "Los tetraedros abren la posibilidad de hacer estructuras mucho más complejas, y la superestructura 3-D que demostramos aquí es una de las más complejas jamás ensambladas a partir de componentes de nanopartículas individuales ".

El grupo de investigación de Chen desarrolló los componentes básicos utilizados en el estudio hace un año. Las partículas son puntos cuánticos, semiconductores a nanoescala que pueden absorber y emitir luz. Su forma tetraédrica (similar a una pirámide) tiene importantes ventajas sobre las esferas, Chen dice, al usarlos para construir estructuras más grandes. El tetraedro puede compactarse con menos espacio vacío que las esferas, haciendo estructuras potencialmente más robustas. Además, las partículas utilizadas en el estudio son anisotrópicas, lo que significa que tienen diferentes propiedades dependiendo de su orientación entre sí. Esferas por otra parte, son los mismos en todas las direcciones.

En el caso de los puntos cuánticos tetraédricos, La anisotropía se generó al tratar una cara plana, o faceta, de cada pirámide con un ligando diferente (un agente de enlace químico) que las otras facetas.

"Los ligandos ayudan a dirigir el proceso de contacto que ocurre cuando dos partículas se juntan faceta con faceta, "dijo Yasutaka Nagaoka, investigadora postdoctoral en el grupo de Chen y principal colaboradora del proyecto. "En este caso, las facetas con ligandos similares se atraen, que ofrece un grado de control sobre cómo se organizan las partículas ".

Eso contrasta con las esferas isotrópicas, que se organizan al azar.

"La anisotropía aumenta la complejidad de las superestructuras que podemos hacer en comparación con el uso de esferas isotrópicas, ", Dijo Chen." También nos da cierto poder para controlar la alineación atómica de las partículas en los supercristales, lo que podría dar lugar a propiedades interesantes. Por ejemplo, se puede predecir que la alineación dará lugar a mejores propiedades electrónicas porque los electrones saltan más fácilmente a través de la red de la superestructura ".

Para su estudio, Chen y sus colegas disolvieron sus puntos cuánticos tetraédricos en solución, luego permitió que las partículas se ensamblaran en tres tipos diferentes de superestructuras:hebras unidimensionales, celosías de cristal bidimensionales y supercristales tridimensionales.

Los supercristales 3-D fueron particularmente interesantes, Chen dice, por su complejidad y la interesante forma en que se formaron. Las nanopartículas individuales primero formaron grupos en forma de bola de 36 partículas cada uno. Luego, esos grupos formaron las superestructuras más grandes. Cuando los investigadores caracterizaron la estructura en detalle utilizando dispersión de rayos X, descubrieron que la estructura atómica de la red estaba realmente alineada, como habían esperado.

Ahora que han mostrado un método para formar las estructuras, el siguiente paso es interrogar sus propiedades.

"Los bloques de construcción de puntos cuánticos son interesantes por sí mismos, ", Dijo Chen." Tienen una dinámica de fotones interesante, lo que puede traducirse en interesantes propiedades ópticas en las superestructuras.

"Necesitamos entender cómo ensamblar estas estructuras más grandes y complejas, ", dijo." Creo que estos serán un puente que traerá la dinámica de nanoescala a la macroescala y permitirá nuevos tipos de metamateriales y dispositivos ".