Les physiciens ont développé un "modèle planète-satellite" pour connecter et organiser avec précision les nanoparticules dans des structures tridimensionnelles. Inspiré des photosystèmes des plantes et des algues, ces nanoassemblages artificiels pourraient à l'avenir servir à collecter et à convertir l'énergie.
Si les nanoparticules des scientifiques étaient un million de fois plus grosses, le laboratoire ressemblerait à une salle d'artisanat à Noël :or, sphères brillantes argentées et colorées de différentes tailles et filaments de différentes longueurs. Car au centre du "modèle planète-satellite" à l'échelle nanométrique se trouve une particule d'or qui est orbitée par d'autres nanoparticules d'argent, séléniure de cadmium ou colorants organiques.
Comme par magie, des brins d'ADN intelligemment conçus relient les satellites à la planète centrale de manière très précise. La technique derrière cela, appelé "Origami ADN", est une spécialité du professeur de physique Tim Liedl (LMU Munich) et de son équipe. Avec le groupe du professeur Jochen Feldmann (également LMU Munich), ils ont présenté et analysé ce nouveau schéma d'assemblage. Les deux groupes font partie du cluster d'excellence Nanosystems Initiative Munich (NIM).
Large ou petit, de près ou de loin
Une particularité de la nouvelle méthode est le système d'assemblage modulaire qui permet aux scientifiques de modifier tous les aspects de la structure très facilement et de manière contrôlée :la taille de la nanoparticule centrale, les types et les tailles des "satellites" et la distance entre la planète et la particule satellite. L'approche permet également aux physiciens d'adapter et d'optimiser leur système à d'autres fins.
Systèmes photoniques
Métaux, des semi-conducteurs ou des molécules organiques fluorescentes servent de satellites. Ainsi, comme les molécules d'antenne dans les photosystèmes naturels, de tels éléments satellites pourraient à l'avenir être organisés pour collecter l'énergie lumineuse et la transférer vers un centre de réaction catalytique où elle serait convertie en une autre forme d'énergie. Pour le moment, cependant, le modèle permet aux scientifiques d'étudier les effets physiques de base tels que le processus dit de trempe, qui fait référence à l'intensité de fluorescence changeante d'une molécule de colorant en fonction de la distance à la nanoparticule d'or centrale.
"Le principe d'assemblage modulaire et le rendement élevé que nous avons obtenu dans la production des systèmes planète-satellite ont été les facteurs cruciaux pour étudier de manière fiable cet effet bien connu avec les nouvelles méthodes, " explique Robert Schreiber, auteur principal de l'étude.
Un tout nouveau cosmos
En outre, les scientifiques ont réussi à réunir des unités planète-satellites individuelles dans de plus grands réseaux, tout en conservant la liberté combinatoire. Par ici, il pourrait être possible de développer des nanosystèmes tridimensionnels complexes et fonctionnels, qui pourraient être utilisées comme plateformes de spectroscopie Raman, comme entonnoirs à énergie plasmonique ou comme matériaux nanoporeux pour des applications catalytiques.
