Imaginez qu'une tour se construit dans la structure souhaitée uniquement en choisissant les briques appropriées. Absurde – et pourtant, dans le monde nano, c'est la réalité :là, une foule non ordonnée de composants peut initier la formation d'une structure ordonnée – un processus connu sous le nom d'auto-assemblage. Les physiciens Christos Likos (Université de Vienne), Emanuela Bianchi et Gerhard Kahl (tous deux de l'Université de technologie de Vienne) étudient comment ils peuvent contrôler la commande de telles structures auto-assemblantes et ont découvert comment activer et désactiver le processus d'assemblage. Les résultats sont maintenant publiés dans la revue à fort impact Lettres nano .

Les matériaux aux propriétés spécifiques à l'échelle nanométrique et microscopique sont très recherchés en raison du large spectre d'applications en électronique, le photovoltaïque et la synthèse de matériaux biomimétiques. Pour nombre de ces applications, des structures cristallines mésoscopiques sont souvent nécessaires et les scientifiques doivent donc relever le défi de développer des méthodes efficaces et bon marché pour produire des structures cibles avec des symétries et des propriétés physiques spécifiques. De nos jours, plutôt que de s'appuyer sur des outils contrôlés de l'extérieur, la plupart des méthodes de fabrication sont basées sur l'auto-assemblage d'unités de base soigneusement choisies/synthétisées. La contrepartie macroscopique correspondrait à la construction d'une tour ou d'un pont en choisissant simplement les briques appropriées et en les laissant s'auto-organiser dans la structure souhaitée.

Dans le vaste domaine des matériaux fonctionnels à l'échelle nanométrique et microscopique, la réalisation d'assemblages mono- et bi-couches sur des surfaces est d'une importance primordiale. Les systèmes de faible dimension avec des caractéristiques bien définies ont en effet des applications telles que, par ex. revêtements antireflet, biocapteurs, stockage de données, dispositifs optiques et photovoltaïques, ou catalyseurs. Les propriétés de ces matériaux dépendent fortement d'un équilibre délicat entre les propriétés des unités d'assemblage et celles de la surface sous-jacente.

Dans notre contribution, nous nous sommes concentrés sur les nano-unités avec un motif de surface compliqué, constitué de régions avec des charges de surface différentes. Les unités étudiées sont pour la plupart chargées négativement à l'exception des régions polaires chargées positivement en haut et en bas des particules. Des unités similaires non chargées de manière homogène apparaissent soit dans les biosystèmes, par exemple. capsides et protéines virales, ou dans des systèmes synthétisés expérimentalement, par exemple. nanoparticules de type virus, des vésicules tachetées et des nano-cubes recouverts de métaux spécifiques.

Dans le prochain article, nous nous sommes concentrés sur l'auto-assemblage des particules chargées de manière hétérogène décrites à proximité d'un substrat chargé de manière homogène. Nos simulations informatiques ont montré comment des structures complexes à l'échelle nanométrique peuvent émerger spontanément et comment il est possible de contrôler de manière fiable l'ordre des particules en agrégats quasi bidimensionnels. En fonction de différents paramètres, tels que la charge particule/paroi et l'extension des régions chargées sur la surface des particules, nos unités peuvent former des couches de surface avec des densités différentes (et éventuellement des réponses différentes aux stimuli externes) :parfois les particules s'assemblent en paquets serrés, agrégats cristallins ordonnés hexagonalement, parfois ils s'ouvrent, couches de forme carrée, parfois ils ne s'assemblent pas du tout. Notre travail a permis d'étudier la variété des structures auto-assemblées offertes par les briques choisies et de caractériser les comportements collectifs spécifiques se produisant lors du réglage des paramètres pertinents de ces systèmes. De plus et surtout, nous avons montré que lors de changements subtils du pH de la solution ou de la charge électrique du substrat, il est possible d'activer et de désactiver de manière réversible le processus d'assemblage ainsi que d'induire une transformation d'un agencement spatial/orientationnel spécifique à un autre.