En matematisk ligning, der forklarer nanoskums opførsel

Et forskningsstudie, deltaget i af Universidad Carlos III de Madrid (UC3M), har opdaget, at skumstrukturer i nanometrisk størrelse følger de samme universelle love, som sæbe skummer:små bobler forsvinder til fordel for de større.

Det videnskabelige hold, består af forskere fra Consejo Superior de Investigaciones Científicas (det spanske nationale forskningsråd) - CSIC, Universidad Pontificia Comillas de Madrid-UPCO, og UC3M, nåede til denne konklusion efter at have produceret og karakteriseret nanoskum dannet af ionstråling på en siliciumoverflade. Dette studie, for nylig offentliggjort i tidsskriftet, Fysiske anmeldelsesbreve , beskriver udviklingen af ​​disse nanostrukturer under bestrålingstiden.

Til dette formål, forskerne gennemførte et eksperiment, der bestod i "bombardement" af en lille siliciumplade med energiske partikler fra et plasma. Målet var at observere, hvordan overfladen af ​​denne krystal reagerede på disse forskellige "angreb" fra denne type ionstråling (ioner bruges:atomer af en gas, der har mistet en elektron). "I begyndelsen vi studerede andre metoder til erosion og ledte efter en kruset struktur i kanten af ​​vores prøve efter at have anvendt denne teknik, men da vi så på dets centrum, observerede vi en cellulær struktur, der fik vores opmærksomhed på grund af dens lighed med mange andre naturlige og kunstige systemer, "en af ​​forfatterne til undersøgelsen, Mario Castro, UPCO professor, afsløret.

Cellulære strukturer, der er mere eller mindre uordnede, kan findes i mange naturlige systemer:fra huder af dyr, såsom en giraf, til badeskum eller ølskum, til mikroskopisk væskekonvektion, basaltsøjlelandskaber eller forskellige krystallinske materialer. Denne særlige orden er også tydelig i kunstige strukturer og endda politiske, såsom moderne arkitektur eller afgrænsning af provinser på kort.

"Det er af interesse at bekræfte, at de samme universelle love, som regulerer de cellulære strukturer i andre systemer, også regulerer på nanoskalaen, " bemærkede Rodolfo Cuerno fra UC3M Mathematics Department. "Yderligere, " tilføjede han "det er første gang, at udviklingen af ​​et system af denne art er gengivet ganske godt af en enkelt differentialligning, " som også anvendes på andre systemer. Gyldigheden af ​​modellen i denne undersøgelse betyder, at dannelsen af ​​visse selvorganiserede mønstre og skummets dynamik ville være forskellige manifestationer af det samme princip.

"Resultaterne af denne undersøgelse hjælper os med at forstå, hvordan visse materialesystemer udvikler sig i nærvær af en ekstern agent, som i dette tilfælde af ionstråling. Ud over, der er interesse af praktisk karakter på grund af betydningen af ​​siliciums teknologiske anvendelser såvel som for de nanometriske dimensioner, hvori fænomenet udfolder sig, " forklarede Luis Vázquez, fra Instituto de Ciencia de Materiales (Materials Science Institute) de Madrid ved CSIC.

De eksperimentelle observationer er blevet udført ved hjælp af et atomkraftmikroskop, en maskine med stor præcision. Denne type mikroskop har en enorm rumlig opløsning:den skelner variationer i højden op til en nanometer (den milliontedel af en millimeter) og bevægelser på et vandret plan på op til 10 nanometer.

Denne forskning kan have yderligere fremtidige anvendelser, da generelt, der søges metoder til at fremstille strukturer med nanometriske dimensioner til forskellige formål, ifølge forskerne:f.eks. for at opnå gunstige betingelser i visse katalytiske kemiske reaktioner, at optimere forskydning af væsker i kredsløb i så lille skala eller i optoelektronik, at generere laserlys, hvis visse strukturer er tilstrækkeligt ordnede.