La transformación reversible de nanohélice es uno de los fenómenos más exquisitos e importantes de la naturaleza. Los nanomateriales rara vez forman cristales helicoidales. Debido a la irreversibilidad de las fuerzas de torsión estudiadas hasta ahora, destorcerlas es más difícil que retorcer nanohélices cristalinas. Por lo tanto, muchas transformaciones de torsión reversibles entre dos productos cristalinos estables son raras y requieren un equilibrio energético sensible. Esta transformación reversible de nanohélices se ha considerado durante mucho tiempo difícil de lograr.
Investigadores de los Institutos Hefei de Ciencias Físicas de la Academia de Ciencias de China, en colaboración con investigadores de la Universidad de Nanjing y la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, han descubierto una sutil relación de competencia y cooperación dentro de la estructura cristalina, estableciendo un delicado equilibrio energético. entre las estructuras de las nanohélices cristalinas retorcidas y no retorcidas.
Por primera vez, los investigadores han logrado múltiples transformaciones reversibles entre nanocables y nanohélices. El estudio fue publicado en Nature Communications. .
Utilizando resonancia de espín electrónico (ESR), incluida la ESR de alto campo, en la Instalación Experimental de Alto Campo Magnético de Estado Estacionario, los investigadores demostraron cambios en el entorno de coordinación del Co (II) y una disminución en la simetría de la nanohélice. La espectroscopia de resonancia magnética nuclear de estado sólido y la espectroscopia de terahercios revelaron que las interacciones π-π desempeñan un papel crucial en el crecimiento helicoidal.
Estos resultados, combinados con cálculos teóricos y varios experimentos de validación, sugieren que el giro surge de la interacción competitiva entre las reacciones de condensación y los procesos de apilamiento π-π. Este mecanismo de crecimiento competitivo único, junto con la microajustabilidad del modo de crecimiento, es la clave para construir sistemas de equilibrio energético finamente ajustables y lograr transformaciones helicoidales reversibles.
Al diseñar y modificar selectivamente las fuerzas intermoleculares y controlar con precisión las tasas de crecimiento en diferentes direcciones mientras se mantiene la estructura general, se puede cambiar la dirección del equilibrio energético, logrando la torsión, destorsión y retorsión de las nanohélices.
Este estudio presenta un nuevo enfoque para diseñar transformaciones cristalinas reversibles mediante el ajuste de interacciones intermoleculares para permitir múltiples transformaciones reversibles en cristales. Esta técnica ofrece una nueva perspectiva para la cristalografía, mejora la teoría cristalográfica y permite la realización de varios procesos reversibles complejos.
Más información: Wei Du et al, Torsión, destorsión y retorsión de nanohélices elásticas de base Co, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-40001-w
Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza
Proporcionado por la Academia China de Ciencias
