Certains des progrès récents de la nanotechnologie dépendent de manière critique de la façon dont les nanoparticules se déplacent et diffusent sur une surface ou dans un fluide dans des conditions non idéales à extrêmes. Georgia Tech dispose d'une équipe de chercheurs dédiée à faire avancer cette frontière.

Rigoberto Hernandez, professeur à l'École de chimie et de biochimie, étudie ces relations en étudiant des simulations de dynamique des particules en trois dimensions sur des ordinateurs hautes performances. Ses nouvelles découvertes, qui se concentrent sur les mouvements d'une sonde sphérique parmi des aiguilles statiques, ont fait la couverture du magazine de février The Journal de chimie physique B .

Hernandez et son ancien doctorat. étudiant, Ashley Tucker, a assemblé les diffuseurs en bâtonnets dans l'un des deux états au cours de ses simulations :désordonné (isotrope) et ordonné (nématique). Lorsque les nanotiges ont été désordonnées, pointant dans diverses directions, Hernandez a découvert qu'une particule diffusait généralement uniformément dans toutes les directions. Quand chaque tige pointait dans la même direction, la particule, en moyenne, diffusé plus dans la même direction que les tiges que contre le grain des tiges. Dans cet état nématique, le mouvement de la sonde imitait la forme allongée des diffuseurs. La surprise était que les particules diffusaient parfois plus rapidement dans le milieu nématique que dans le milieu désordonné. C'est-à-dire, les canaux laissés ouverts entre les nanotiges ordonnées ne font pas que diriger les nanoparticules dans une direction, ils leur permettent également de passer à toute vitesse.

Au fur et à mesure que la densité des diffuseurs augmente, les canaux deviennent de plus en plus encombrés. La particule diffusant à travers ces assemblages de plus en plus encombrés ralentit considérablement dans la simulation. Néanmoins, les chercheurs ont découvert que les diffuseurs nématiques continuaient à s'adapter à une diffusion plus rapide que les diffuseurs désordonnés.

"Ces simulations nous rapprochent de la création d'un dispositif à nanotiges qui permet aux scientifiques de contrôler le flux de nanoparticules, " a déclaré Hernandez. " Les applications du ciel bleu de tels dispositifs incluent la création de nouveaux modèles de lumière, flux d'informations et d'autres déclencheurs microscopiques."

Par exemple, si les scientifiques ont besoin d'une sonde pour diffuser dans une direction spécifique à une vitesse particulière, ils pourraient déclencher les nanotiges pour se déplacer dans une direction spécifiée. Quand ils ont besoin de changer la direction de la particule, les diffuseurs pourraient alors être déclenchés pour se réorganiser dans une direction différente. En effet, le déclencheur pourrait être l'absence de nanoparticules suffisantes dans une partie donnée du dispositif. La réorganisation des nanotiges qui s'ensuit entraînerait alors un repeuplement de nanoparticules qui seraient alors disponibles pour effectuer une action souhaitée, comme pour stimuler le flux lumineux.

« Bien que ce travail financé par la NSF pour mieux comprendre le mouvement des particules au sein de réseaux complexes à l'échelle nanométrique soit très fondamental, " Hernandez dit, « Cela a des implications importantes à long terme sur la fabrication et les performances des appareils à de telles échelles. C'est amusant à penser et fournit une excellente formation à mes étudiants. »