Forskere tilbyder designer store atomer efter behov

I en ikke så fjern fremtid, forskere kan muligvis bygge atomer efter dine specifikationer med et klik på en knap. Det er stadig tingene i science fiction, men et team ved University of Colorado Boulder rapporterer, at det kommer tættere på, når det kommer til at kontrollere og samle partikler kaldet "store atomer".

Den nye forskning, som udkommer den 29. maj i Natur , centrerer sig omkring kolloide partikler, der, når det blandes med flydende krystaller, fungere meget som elementerne i det periodiske system. Disse partikler giver fysikere mulighed for at undersøge, hvordan brint, helium og andre atomer opfører sig og interagerer uden at skulle zoome ned til atomniveau.

Ved at udsætte de store atomer for forskellige slags lys, for eksempel, holdet viste, at det kunne vende deres afgifter med et enkelt klik. Med andre ord, partikler, der engang tiltrak hinanden, afviser nu hinanden.

"Fordi vi har så meget kontrol, vi har evnen til at designe, hvordan disse partikler samles, og hvilke egenskaber de har, "sagde Ivan Smalyukh, professor ved Institut for Fysik. "Det er som et designerværktøjssæt."

Designerværktøjet begynder med en enkel ingrediens:flydende krystaller.

Disse materialer, som giver de skarpe billeder på din smartphones skærm, ofte består af molekyler i ryddelige arrangementer, såsom stænger, der alle peger i en enkelt retning.

I det sidste årti eller deromkring, imidlertid, forskere har bemærket noget underligt ved disse væskelignende materialer. Hvis du taber partikler, såsom mikroskopiske korn af siliciumdioxid, i flydende krystaller, de engang ordnede molekyler indeni vil bøje og klemme for at give plads til de nye tilføjelser-lidt som at skubbe en fodboldlineman ind i en allerede overfyldt metrovogn.

Og, bemærkelsesværdigt, den måde, hvorpå de flydende krystaller bøjer, kan matematisk være analog med strukturerne i atomernes elektronskaller.

"Hvordan de flydende krystaller bøjer omkring partiklerne er meget vigtig, "sagde Smalyukh, også i Materials Science Engineering Program og Department of Electrical, Computer, og energiteknik. "Når du forstyrrer disse molekyler, det koster energi, og at energi driver interessante interaktioner. "

Bøj flydende krystalmolekyler på den helt rigtige måde, og bitene af silica klirrer ind i hinanden, som om de var to atomer, der binder sammen, men meget større.

Problemet, Smalyukh sagde, er det indtil for nylig, forskere havde meget lidt kontrol over de store atominteraktioner. Hans gruppe havde løsningen.

For at lave deres unikke kolloidale blanding, Smalyukh og hans kolleger brugte stykker silica i form af sekskanter til deres store atomer. Men før disse partikler ploppes i flydende krystaller, forskerne belagt dem med en type farvestof, der roterer, når de udsættes for forskellige slags lys.

Da forskerne udsatte deres blanding for en bestemt type blåt lys, flydende krystalmolekylerne ville bøje sig omkring sekskanterne efter et mønster. Brug en anden slags lys, og de ville bøje på en helt anden måde.

Gruppen rapporterede, at de kunne skifte et stort atoms effektive ladning fra positiv til negativ og tilbage igen med et indfald.

"Det er næsten som om du kan skinne lys og forvandle stof til antimateriale, "sagde Ye Yuan, en postdoktor i fysik og hovedforfatter af det nye studie. Andre medforfattere omfattede postdoktorer Qingkun Liu og Bohdan Senyuk.

Og, Yuan sagde, teamet var i stand til at kontrollere disse interaktioner ved hjælp af en almindelig lampe med et filter på-ingen kraftige lasere kræves.

"I princippet, vi kunne have en god solskinsdag i Colorado og bringe vores prøver udenfor og se disse interaktioner, "Sagde Yuan.

Hvilket gør ham spændt på, hvad teamet kunne bygge med disse store atomer. Forskerne mener, at med de rigtige tweaks, de kunne bruge deres metode til at samle partikler på unikke måder, skabe faux-atomiske strukturer, der ikke findes i naturen-så opløs disse strukturer lige så let.

"På nogle måder, vi mangler stadig at finde ud af, hvad vi kan gøre med dette, "Sagde Smalyukh.

Bygger du dit eget periodiske system fra bunden? Bliv hængende.