Elektronopførende nanopartikler skubber den nuværende forståelse af stof

Det er ikke en elektron. Men det fungerer helt sikkert som en.

Northwestern University forskere har gjort en mærkelig og opsigtsvækkende opdagelse, at nanopartikler konstrueret med DNA i kolloidale krystaller - når de er ekstremt små - opfører sig ligesom elektroner. Ikke alene har dette fund øget strømmen, accepteret forestilling om stof, det åbner også døren for nye muligheder inden for materialedesign.

"Vi har aldrig set noget lignende før, "sagde den nordvestlige Monica Olvera de la Cruz, der foretog den første observation gennem beregningsarbejde. "I vores simuleringer partiklerne ligner elektroner i kredsløb. "

Med denne opdagelse, forskerne introducerede et nyt udtryk kaldet "metallicitet, "der refererer til elektroners mobilitet i et metal. I kolloidale krystaller, små nanopartikler strejfer på lignende måde som elektroner og fungerer som en lim, der holder materialet sammen.

"Dette får folk til at tænke på sagen på en ny måde, "sagde Northwestern's Chad Mirkin, der ledede det eksperimentelle arbejde. "Det kommer til at føre til alle mulige materialer, der har potentielt spektakulære egenskaber, som aldrig er blevet observeret før. Egenskaber, der kan føre til en række nye teknologier inden for optik, elektronik og endda katalyse. "

Avisen udkommer fredag, 21. juni i journalen Videnskab .

Olvera de la Cruz er advokat Taylor -professor i materialevidenskab og teknik i Northwestern's McCormick School of Engineering. Mirkin er George B. Rathmann professor i kemi i Northwestern's Weinberg College of Arts and Sciences.

Mirkins gruppe opfandt tidligere kemien til konstruktion af kolloide krystaller med DNA, som har skabt nye muligheder for materialedesign. I disse strukturer, DNA -tråde fungerer som en slags smart lim til at forbinde nanopartikler i et gittermønster.

"I løbet af de sidste to årtier har vi har fundet ud af, hvordan man laver alle slags krystallinske strukturer, hvor DNA'et effektivt tager partiklerne og placerer dem præcis, hvor de skal gå i et gitter, sagde Mirkin, stiftende direktør for International Institute of Nanotechnology.

I disse tidligere undersøgelser, partiklernes diametre er på titalls nanometers længdeskala. Partikler i disse strukturer er statiske, fastgjort på plads af DNA. I den aktuelle undersøgelse, imidlertid, Mirkin og Olvera de la Cruz skrumpede partiklerne ned til 1,4 nanometer i diameter i beregningssimuleringer. Det er her magien skete.

"De større partikler har hundredvis af DNA -tråde, der forbinder dem sammen, "sagde Olvera de la Cruz." De små har kun fire til otte linkere. Når disse links bryder, partiklerne ruller og vandrer gennem gitteret og holder krystallen af ​​større partikler sammen. "

Da Mirkins team udførte eksperimenterne for at se de små partikler, de fandt ud af, at Olvera de la Cruz's teams beregningsobservationer viste sig at være sande. Fordi denne adfærd minder om, hvordan elektroner opfører sig i metaller, forskerne kalder det "metallicitet".

"Et hav af elektroner vandrer gennem metaller, fungerer som en lim, holder alt sammen, "Forklarede Mirkin." Det er det, disse nanopartikler bliver til. De små partikler bliver den mobile lim, der holder alt sammen. "

Olvera de la Cruz og Mirkin planlægger derefter at undersøge, hvordan man kan udnytte disse elektronlignende partikler for at designe nye materialer med nyttige egenskaber. Selvom deres forskning brugte guldnanopartikler, Olvera de la Cruz sagde, at "metallicitet" gælder for andre klasser af partikler i kolloide krystaller.

"I videnskab, det er virkelig sjældent at opdage en ny ejendom, men det er hvad der skete her, "Mirkin sagde." Det udfordrer hele den måde, vi tænker på byggemateriale. Det er et grundlæggende stykke arbejde, der vil have en varig indvirkning. "