Омская лестница дьявола: ученые заставили наночастицы «самоскладываться»

Омские ученые заставили одиночные звенья полимерных молекул самостоятельно объединяться в двумерные нанообъекты, называемые «лестницами дьявола». Из таких звеньев можно собрать структуры любой формы и размера.

В статье, опубликованной в Physical Review B, ученые описывают новую малозатратную технологию самосборки наночастиц.

«Мы разработали инструментарий, который позволяет исследовать процессы самосборки на компьютере, не проводя сложные, долгие и дорогие эксперименты. Меняя всего один параметр, давление, мы можем получать разные фазы вещества», — рассказывает один из авторов исследования Павел Стишенко.

По сути, ученые нашли способ делать треугольные «кирпичи», из которых в будущем можно выполнить что угодно в любых количествах.

Феномен самосборки — явление, при котором из простых молекул возникают такие сложные биологические объекты, как РНК, ДНК или белки-прионы — известен давно. Ученые давно пытаются использовать эти свойства для конструирования наноматериалов, однако на данный момент исследователи еще не до конца понимают принципы, которые управляют этими процессами. Приходится проверять массу вариантов путем эксперимента, а это дорого и долго.

Чтобы обойти эти затруднения, Стишенко с коллегами придумали использовать в качестве основы для таких самособирающихся структур физический феномен под названием «лестница дьявола».

Это структура, имеющая конечную длину, но бесконечное число «ступенек». В данном случае «ступеньки» — это устойчивые комбинации полимерных нитей, в которые может объединяться большое число молекул.

Объединяя одиночные звенья полимерных молекул в пары и прикрепляя их к шестиугольной решетке, которая подобна листу графена, можно делать это горизонтально и вертикально. Образуемые их комбинациями треугольники разных размеров дают бесконечное количество способов «закрыть» ими поверхность этого листа, что и производит «лестницу дьявола».

Компьютерная модель, которая помогла удостовериться, что подобные комбинации будут работать не только в «сферических в вакууме» условиях, заданных для температур абсолютного нуля, позволила также обнаружить, что можно управлять процессом самосборки, просто изменяя давление газа.