Dans un futur pas si lointain, les chercheurs peuvent être en mesure de construire des atomes selon vos spécifications en cliquant sur un bouton. C'est toujours de la science-fiction, mais une équipe de l'Université du Colorado à Boulder rapporte qu'elle se rapproche en ce qui concerne le contrôle et l'assemblage de particules appelées « gros atomes ».

La nouvelle recherche, qui sera publié le 29 mai dans La nature , se concentre autour de particules colloïdales qui, lorsqu'il est mélangé avec des cristaux liquides, agissent un peu comme les éléments du tableau périodique. Ces particules donnent aux physiciens l'occasion de sonder comment l'hydrogène, l'hélium et d'autres atomes se comportent et interagissent sans avoir besoin de descendre au niveau atomique.

En exposant les gros atomes à différents types de lumière, par exemple, l'équipe a montré qu'elle pouvait renverser leurs charges en appuyant simplement sur un interrupteur. En d'autres termes, les particules qui s'attiraient autrefois se repoussent maintenant.

"Parce que nous avons tellement de contrôle, nous avons la capacité de concevoir comment ces particules s'assemblent et quelles propriétés elles ont, " dit Ivan Smalyukh, professeur au Département de physique. "C'est comme une boîte à outils de concepteur."

Cette boîte à outils de concepteur commence par un ingrédient simple :les cristaux liquides.

Ces matériaux, qui fournissent des images nettes sur l'écran de votre smartphone, sont souvent constitués de molécules disposées en ordre, comme des tiges qui pointent toutes dans une seule direction.

Au cours de la dernière décennie environ, cependant, les scientifiques ont remarqué quelque chose d'étrange à propos de ces matériaux fluides. Si vous laissez tomber des particules, tels que des grains microscopiques de silice, en cristaux liquides, les molécules autrefois ordonnées à l'intérieur se plieront et s'écraseront pour faire de la place aux nouveaux ajouts, un peu comme pousser un monteur de ligne de football dans une voiture de métro déjà bondée.

Et, remarquablement, la façon dont ces cristaux liquides se plient peut être mathématiquement analogue aux structures des couches électroniques des atomes.

« La façon dont les cristaux liquides se plient autour des particules est très importante, " dit Smalyukh, également dans le programme de génie des matériaux et le département d'électricité, Ordinateur, et Génie énergétique. « Quand vous perturbez ces molécules, ça coûte de l'énergie, et cette énergie entraîne des interactions intéressantes."

Pliez les molécules de cristaux liquides de la bonne manière et les morceaux de silice s'entrechoquent comme s'il s'agissait de deux atomes se liant ensemble, mais beaucoup plus gros.

Le problème, Smalyukh a dit, est-ce que jusqu'à récemment, les scientifiques avaient très peu de contrôle sur ces interactions de gros atomes. Son groupe avait la solution.

Pour faire leur mélange colloïdal unique, Smalyukh et ses collègues ont utilisé des morceaux de silice en forme d'hexagones pour leurs gros atomes. Mais avant de plonger ces particules dans des cristaux liquides, les chercheurs les ont enduits d'un type de colorant qui tourne lorsqu'il est exposé à différents types de lumière.

Lorsque les chercheurs ont exposé leur mélange à un certain type de lumière bleue, les molécules de cristaux liquides se plieraient autour des hexagones suivant un modèle. Utilisez un autre type de lumière et ils se plieraient d'une manière totalement différente.

Le groupe a signalé qu'ils pouvaient faire passer la charge effective d'un gros atome de positive à négative et inversement sur un coup de tête.

"C'est presque comme si vous pouviez faire briller la lumière et transformer la matière en antimatière, " dit Ye Yuan, chercheur postdoctoral en physique et auteur principal de la nouvelle étude. Les autres coauteurs comprenaient les post-doctorants Qingkun Liu et Bohdan Senyuk.

Et, Yuan a dit, l'équipe a pu contrôler ces interactions à l'aide d'une lampe ordinaire munie d'un filtre - aucun laser haute puissance requis.

"En principe, nous pourrions avoir une bonne journée ensoleillée dans le Colorado et apporter nos échantillons à l'extérieur et voir ces interactions, " dit Yuan.

Ce qui l'excite pour ce que l'équipe pourrait construire avec ces gros atomes. Les chercheurs pensent que, avec les bons réglages, ils pourraient utiliser leur méthode pour assembler des particules de manière unique, créer de fausses structures atomiques qui n'existent pas dans la nature, puis dissoudre ces structures tout aussi facilement.

"À certains égards, nous devons encore trouver ce que nous pouvons faire avec cela, " a déclaré Smalyukh.

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