Les nanocubes sont tout sauf un jeu d'enfant. Les scientifiques de l'Institut Weizmann les ont utilisés pour créer des brins étonnamment semblables à des fils :ils ont montré que, dans les bonnes conditions, les nanoparticules en forme de cube sont capables de s'aligner dans des structures hélicoïdales sinueuses. leurs résultats, qui révèlent comment les nanomatériaux peuvent s'auto-assembler en des structures étonnamment belles et complexes, ont été récemment publiés dans Science .

Le Dr Rafal Klajn et le boursier postdoctoral Dr Gurvinder Singh du département de chimie organique de l'Institut ont utilisé des nanocubes d'un matériau d'oxyde de fer appelé magnétite. Comme le nom l'indique, ce matériau est naturellement magnétique :On le trouve partout, y compris à l'intérieur des bactéries qui l'utilisent pour détecter le champ magnétique terrestre.

Le magnétisme n'est qu'une des forces agissant sur les nanoparticules. En collaboration avec le groupe de recherche du professeur Petr Král de l'Université de l'Illinois, Chicago, Klajn et Singh ont développé des modèles théoriques pour comprendre comment les différentes forces pouvaient pousser et tirer les minuscules morceaux de magnétite dans différentes formations. "Différents types de forces obligent les nanoparticules à s'aligner de différentes manières, " dit Klajn. " Ceux-ci peuvent rivaliser les uns avec les autres; l'idée est donc de trouver l'équilibre des forces concurrentes qui peuvent induire l'auto-assemblage des particules dans de nouveaux matériaux. ensemble en formations hélicoïdales.

Les chercheurs ont découvert que les deux principales forces concurrentes sont le magnétisme et la force de van der Waals. Le magnétisme fait que les particules magnétiques s'attirent et se repoussent les unes les autres, incitant les particules cubiques à s'aligner à leurs coins. Forces Van der Waals, d'autre part, rapprocher les côtés des cubes, en les cajolant pour qu'ils s'alignent. Lorsque ces forces agissent ensemble sur les minuscules cubes, le résultat est l'alignement en escalier qui produit des structures hélicoïdales.

Dans leurs expériences, les scientifiques ont exposé des concentrations relativement élevées de nanocubes de magnétite placés dans une solution à un champ magnétique. Le long, les chaînes hélicoïdales en forme de corde qu'ils ont obtenues après l'évaporation de la solution étaient étonnamment uniformes. Ils ont répété l'expérience avec des nanoparticules d'autres formes mais, comme prédit, seuls les cubes avaient juste la bonne forme physique pour s'aligner en hélice. Klajn et Singh ont également découvert qu'ils pouvaient obtenir des brins chiraux - tous enroulés dans la même direction - avec des concentrations de particules très élevées dans lesquelles un certain nombre de brins s'assemblaient étroitement. Apparemment, les forces concurrentes peuvent « prendre en considération » le moyen le plus efficace d'emballer les brins dans l'espace.

Bien que les brins de nanocube aient l'air assez agréables à tricoter, Klajn dit qu'il est trop tôt pour commencer à penser à des applications commerciales. La valeur immédiate du travail, il dit, est qu'il s'est avéré un principe fondamental de l'auto-assemblage à l'échelle nanométrique. "Bien que la magnétite ait été bien étudiée - également sa forme nanoparticulaire - depuis de nombreuses décennies, personne n'a observé ces structures auparavant, " dit Klajn. " Ce n'est qu'une fois que nous aurons compris comment les diverses forces physiques agissent sur les nanoparticules que nous pourrons commencer à appliquer les connaissances à des objectifs tels que la fabrication d'éléments jusqu'alors inconnus, matériaux auto-assemblés."