Effektiviteten hos många tillämpningar som härrör från naturvetenskap beror dramatiskt på en ändlig storleksegenskap hos nanopartiklar, så kallat yt-till-volym-förhållande. Ju större ytan av nanopartiklar för samma volym uppnås, desto mer effektivt kan nanopartiklar interagera med det omgivande ämnet. Dock, termodynamisk jämvikt tvingar nanostrukturer att minimera öppen yta driven av energiminimeringsprincipen. Denna grundläggande princip förutspår att den enda formen av nanopartiklar kan vara sfäriska eller nära sfäriska.

Natur, dock, följer inte alltid de enkla principerna. Ett intensivt samarbete mellan Helsingfors universitet, Finland, och Okinawa Institute of Science and Technology, Japan, visade att järnnanopartiklar i vissa tillstånd kan växa i kubisk form. Forskarna lyckades också avslöja mekanismerna bakom detta.

"Nu har vi ett recept hur man syntetiserar kubiska former med högt yta-till-volymförhållande som öppnar dörren för praktiska tillämpningar", säger doktor Flyura Djurabekova från Helsingfors universitet.

I forskarens arbete, experiment och teori sammanfördes via en ny matematisk modell, som ger ett recept på hur man väljer makroskopiska experimentella förhållanden för att uppnå bildandet av nanopartiklar med önskad form.

Det beräkningsarbete som utfördes i gruppen Djurabekova visade vikten av kinetiska processer i detta överraskande fenomen, nämligen konkurrensen mellan ytdiffusion och avsättningshastighet av atomer. Simuleringarna visade hur en ursprungligen sfärisk kärna förvandlas till en perfekt kub.

Resultaten publicerades nyligen i tidskriften med hög effektfaktor ACS Nano .