"Malgré la promesse de créer de nouvelles classes de structures artificielles, les méthodes actuelles pour créer ces structures minuscules de manière fiable et rentable restent un défi de taille, " a déclaré Yellen. " Cette nouvelle approche pourrait ouvrir des voies pour la fabrication de matériaux complexes qui ne peuvent pas être produits par les techniques actuelles. "

La recherche a été soutenue par le Research Triangle Materials Research Science and Engineering Center, qui est financé par la National Science Foundation.

La méthode traditionnelle de création de cristaux artificiels est décrite comme « de haut en bas » par Yellen, c'est-à-dire qu'ils sont façonnés par des techniques de lithographie ou de moulage, et ne peut pas être facilement créé en trois dimensions.

"Notre approche est beaucoup plus ascendante, " en ce sens que nous commençons au niveau d'un " atome " modèle et que nous progressons, " dit Yellen.

En manipulant l'aimantation au sein d'une solution liquide, les chercheurs de Duke ont cajolé des particules magnétiques et non magnétiques pour former des nano-structures complexes, comme des chaînes, anneaux et treillis.

Les nano-structures sont formées à l'intérieur d'un liquide appelé ferrofluide, qui est une solution constituée de suspensions de nanoparticules composées de composés contenant du fer. L'une des propriétés uniques de ces fluides est qu'ils deviennent fortement magnétisés en présence de champs magnétiques externes. Les particules moins magnétiques que le ferrofluide se comportent de manière similaire aux charges négatives, alors que les particules plus magnétiques que le ferrofluide agissent comme des charges positives. Les particules opposées s'attirent ainsi pour former des structures ressemblant à des cristaux de sel.

Étant donné que la magnétisation du fluide et les concentrations des particules contrôlent la façon dont les particules sont attirées ou repoussées les unes par les autres, les chercheurs ont pu contrôler les formes et les modèles d'assemblage. En « réglant » de manière appropriée ces interactions, les particules magnétiques et non magnétiques se forment les unes autour des autres un peu comme un flocon de neige se forme autour d'une particule de poussière microscopique.

Selon Yellen, les chercheurs sont depuis longtemps capables de créer de minuscules structures constituées d'un seul type de particule, mais la démonstration de structures sophistiquées s'assemblant dans des solutions contenant plusieurs types de particules a été difficile à réaliser. La structure de ces nano-structures détermine comment elles peuvent finalement être utilisées.

Yellen prévoit l'utilisation de ces nano-structures dans des dispositifs optiques avancés, tels que des capteurs, où différentes nano-structures pourraient être conçues pour posséder des propriétés optiques sur mesure. Yellen envisage également que des anneaux composés de particules métalliques pourraient être utilisés pour la conception d'antennes, et peut-être comme l'un des composants clés de la construction de matériaux qui présentent un « magnétisme optique » artificiel et une perméabilité magnétique négative.