Tänk dig att ett torn bara bygger in sig i den önskade strukturen genom att välja lämpliga tegelstenar. Absurd - och dock i nanovärlden är detta verklighet:Där kan en oordnad skara komponenter starta bildandet av en ordnad struktur-en process som kallas självmontering. Fysikerna Christos Likos (universitetet i Wien), Emanuela Bianchi och Gerhard Kahl (båda Wiens tekniska universitet) undersöker hur de kan styra beställningen av sådana självmonterande strukturer och fick reda på hur man slår på och av monteringsprocessen. Resultaten publiceras nu i tidskriften med hög effekt Nano bokstäver .

Material med specifika egenskaper på nano- och mikroskalnivå är mycket eftertraktade på grund av det breda spektrumet av applikationer inom elektronik, solceller och syntet av biomimetiskt material. För många av dessa applikationer, mesoskopiska kristallina strukturer behövs ofta och därför måste forskare hantera utmaningen att utveckla tillförlitliga, effektiva och billiga metoder för att producera målstrukturer med specifika symmetrier och fysiska egenskaper. Nu för tiden, snarare än att förlita sig på externt styrda verktyg, de flesta tillverkningsmetoderna är baserade på självmontering av noggrant utvalda/syntetiserade basenheter. Den makroskopiska motsvarigheten skulle motsvara att bygga ett torn eller en bro bara genom att välja lämpliga tegelstenar och låta dem självorganisera sig i den önskade strukturen.

I det stora området av funktionella nano- och mikroskaliga material, förverkligandet av mono- och tvåskiktsaggregat på ytor är av yttersta relevans. Lågdimensionella system med väldefinierade funktioner har verkligen tillämpningar som t.ex. antireflexbeläggningar, biosensorer, datalagring, optiska och fotovoltaiska enheter, eller katalysatorer. Egenskaperna hos dessa material beror starkt på en känslig balans mellan egenskaperna hos monteringsenheterna och de underliggande ytans egenskaper.

I vårt bidrag fokuserade vi på nano-enheter med ett komplicerat ytmönster, bestående av regioner med olika ytladdningar. De undersökta enheterna är mestadels negativt laddade med undantag för de positivt laddade polarregionerna på toppen och botten av partiklarna. Liknande icke-homogent laddade enheter förekommer antingen i biosystem, t.ex. virala kapsider och proteiner, eller i experimentellt syntetiserade system, t.ex. virusliknande nanopartiklar, fläckiga blåsor och nano-kuber täckta med specifika metaller.

I det kommande papperet fokuserade vi på självmontering av de beskrivna heterogent laddade partiklarna i närheten av ett homogent laddat substrat. Våra datasimuleringar visade hur komplexa strukturer på nanoskala-nivå spontant kan uppstå och hur det är möjligt att på ett tillförlitligt sätt styra partiklarnas ordning till specifika, kvasi tvådimensionella aggregat. Beroende på olika parametrar, såsom partikel-/väggladdningen och förlängningen av de laddade områdena på partikelytan, våra enheter kan bilda ytskikt med olika densiteter (och möjligen olika svar på yttre stimuli):ibland samlas partiklar till tätt packade, hexagonalt ordnade kristallina aggregat, ibland öppnas de, kvadratliknande lager, ibland samlas de inte alls. Vårt arbete kunde undersöka mångfalden av de självmonterade strukturerna som erbjuds av de valda tegelstenarna och att karakterisera de specifika kollektiva beteenden som uppstår vid inställning av relevanta parametrar för dessa system. Dessutom och viktigast av allt, vi visade att vid subtila förändringar av antingen lösningens pH eller av substratets elektriska laddning, det är möjligt att reversibelt slå på och stänga av monteringsprocessen samt att inducera en transformation från ett specifikt rumsligt/orienteringsarrangemang till ett annat.