Un nuevo estudio de investigación en el Instituto de Estructura Electrónica y Láseres (IESL) de la Fundación para la Investigación y la Tecnología-Hellas (FORTH) encuentra que cristales diminutos, miles de veces más pequeño que una partícula de polvo, cuando están vestidos con el tipo correcto de imperfecciones, ajustar sus propiedades electrónicas para convertir favorablemente la energía en calor, un atributo importante para el uso potencial en materiales inteligentes para la energía, salud, sensores, etc. El artículo relacionado, coautor de los investigadores del IESL, se titula "Estructura local no cúbica impulsada por vacantes y adaptación de anisotropía magnética en Fe _X O-Fe _3-δ O ₄ Nanocristales, "y fue publicado recientemente en la principal revista científica Revisión física X .

A lo largo de estas líneas, y en particular en la batalla para combatir el cáncer, Los investigadores están desarrollando activamente estrategias sofisticadas para destruir tumores elevando su temperatura. En uno de esos enfoques, Cristales a nanoescala (es decir, partículas diminutas cien mil veces más pequeñas que el grosor de un cabello humano, llamados "nanocristales") inyectados en el tejido canceroso y calentados por estímulos externos (por ejemplo, un campo magnético) ofrecen una nueva, Solución terapéutica mínimamente invasiva que también puede ayudar a reducir la toxicidad de los tratamientos contra el cáncer.

Al equipo de FORTH-IESL se le ocurrió el novedoso concepto de que las propiedades físicas requeridas pueden surgir de la ruptura de simetrías, como mediante la introducción de vacantes (es decir, sitios atómicos vacíos), en lugar de tener cristales con arreglos atómicos perfectamente ordenados.

La funcionalidad del estado de un sistema de este tipo se refleja en un rendimiento mejorado cuando el calentamiento mediado magnéticamente (aumento de la temperatura local más allá de los límites fisiológicos, conocida como "hipertermia") se persigue con partículas cristalinas a nanoescala. La idea sigue el Principio de Pierre Curie (1894), razonamiento sobre los misterios de la ruptura de simetría que influye en fenómenos de amplio espectro en las ciencias naturales contemporáneas (cf. desde la piezoelectricidad y la teoría cuántica de campos hasta el plegamiento de proteínas).

Para realizar con éxito esta investigación crítica, Dr. Alexandros Lappas, físico químico y director de investigación del IESL, ha coordinado una colaboración interdisciplinaria que ha reunido teoría y modelado de INN-Demokritos (Grecia), caracterizaciones magnéticas de CNR-SPIN y UNINA (Italia), investigación científica con fotones de CMPMSD-BNL (EE. UU.), y análisis de materiales a nanoescala de LCN (Reino Unido) con el fin de explorar la relación de los defectos estructurales con el tamaño y la forma de los nanocristales coloidales de óxido de hierro, y determinar cómo se acoplan a las propiedades magnéticas relevantes para la nanobiotecnología.

La clave para descubrir los presentes hallazgos fue el uso de ultrabrillantes, partículas de luz de alta energía (fotones) ofrecidas en una instalación de sincrotrón (NSLS-II, BNL, NOSOTROS.). Siendo cientos de millones de veces más brillante que las fuentes de imágenes de rayos X médicos convencionales, el poder de resolución extremo de tales haces de luz, cuando se dispersa de una muestra, ayudó a identificar que los átomos de metal extraídos de la red cristalina durante un proceso redox, crear sitios vacíos (es decir, imperfecciones) que se correlacionan entre sí a través de distorsiones locales.

"La ruptura de la simetría local emergente debido a defectos, cambia la anisotropía magnética del nanocristal en la dirección favorable. Las vacantes actúan como centros de fijación que fomentan la competencia entre los imanes elementales (giros) de los que están compuestos. en efecto, impidiendo la inversión coherente y la relajación fácil de los giros. Esto permite un notable aumento de diez veces el rendimiento de respuesta térmica del nanomaterial, en comparación con la obtenida por entidades libres de defectos. La liberación de energía de los espines puede parecerse a la de un objeto que se difunde a través de un medio viscoso, donde cuanto mayor es la densidad del fluido, cuanto más eficientemente desacelera y su energía cinética se convierte en calor, "explica Alexandros Lappas, líder de grupo en el Laboratorio de Magnetismo y Materiales Cuánticos de FORTH-IESL.

La investigación sugiere las implicaciones más amplias del control de defectos a escala atómica como un parámetro de diseño que favorece las propiedades anisotrópicas para nanomateriales optimizados. con funcionalidades diagnósticas y terapéuticas simultáneas, p.ej., Procesos celulares termorresponsables guiados por imágenes magnéticas, buscado en el campo de la teranóstica.