Ce n'est pas un électron. Mais il agit certainement comme tel.

Des chercheurs de la Northwestern University ont fait une découverte étrange et surprenante selon laquelle des nanoparticules conçues avec de l'ADN dans des cristaux colloïdaux, lorsqu'elles sont extrêmement petites, se comportent comme des électrons. Non seulement cette découverte a bouleversé le courant, notion acceptée de la matière, il ouvre également la porte à de nouvelles possibilités dans la conception des matériaux.

"Nous n'avons jamais rien vu de tel auparavant, " a déclaré Monica Olvera de la Cruz de Northwestern, qui a fait l'observation initiale grâce à un travail informatique. « Dans nos simulations, les particules ressemblent à des électrons en orbite."

Avec cette découverte, les chercheurs ont introduit un nouveau terme appelé « métallicité, " qui fait référence à la mobilité des électrons dans un métal. Dans les cristaux colloïdaux, de minuscules nanoparticules se déplacent de la même manière que les électrons et agissent comme une colle qui maintient le matériau ensemble.

"Cela va amener les gens à penser la matière d'une nouvelle manière, " a déclaré Chad Mirkin de Northwestern, qui a dirigé le travail expérimental. "Cela va conduire à toutes sortes de matériaux qui ont des propriétés potentiellement spectaculaires qui n'ont jamais été observées auparavant. Des propriétés qui pourraient conduire à une variété de nouvelles technologies dans les domaines de l'optique, l'électronique et même la catalyse."

Le journal publiera vendredi, 21 juin dans le journal Science .

Olvera de la Cruz est la professeure Lawyer Taylor de la science et de l'ingénierie des matériaux à la McCormick School of Engineering de Northwestern. Mirkin est professeur de chimie George B. Rathmann au Weinberg College of Arts and Sciences de Northwestern.

Le groupe de Mirkin a déjà inventé la chimie pour fabriquer des cristaux colloïdaux avec de l'ADN, qui a forgé de nouvelles possibilités pour la conception de matériaux. Dans ces structures, Les brins d'ADN agissent comme une sorte de colle intelligente pour relier les nanoparticules selon un motif en treillis.

"Au cours des deux dernières décennies, nous avons compris comment faire toutes sortes de structures cristallines où l'ADN prend effectivement les particules et les place exactement là où elles sont censées aller dans un réseau, " dit Mirkin, directeur fondateur de l'Institut international de nanotechnologie.

Dans ces études précédentes, les diamètres des particules sont à l'échelle de la dizaine de nanomètres. Les particules dans ces structures sont statiques, fixé en place par l'ADN. Dans l'étude actuelle, cependant, Mirkin et Olvera de la Cruz ont réduit les particules à 1,4 nanomètre de diamètre dans des simulations informatiques. C'est là que la magie s'est opérée.

"Les plus grosses particules ont des centaines de brins d'ADN qui les relient entre elles, " a déclaré Olvera de la Cruz. "Les petits n'ont que quatre à huit linkers. Lorsque ces liens se brisent, les particules roulent et migrent à travers le réseau qui maintient ensemble le cristal des plus grosses particules."

Lorsque l'équipe de Mirkin a réalisé les expériences pour imager les petites particules, ils ont découvert que les observations informatiques de l'équipe d'Olvera de la Cruz se sont avérées vraies. Parce que ce comportement rappelle le comportement des électrons dans les métaux, les chercheurs l'appellent "métallicité".

"Une mer d'électrons migre à travers les métaux, agissant comme une colle, tout tenir ensemble, " expliqua Mirkin. " C'est ce que deviennent ces nanoparticules. Les minuscules particules deviennent la colle mobile qui maintient tout ensemble."

Olvera de la Cruz et Mirkin envisagent ensuite d'explorer comment exploiter ces particules de type électron afin de concevoir de nouveaux matériaux dotés de propriétés utiles. Bien que leurs recherches aient utilisé des nanoparticules d'or, Olvera de la Cruz a déclaré que la "métallicité" s'applique à d'autres classes de particules dans les cristaux colloïdaux.

"Dans la science, c'est vraiment rare de découvrir une nouvelle propriété, mais c'est ce qui s'est passé ici, " a déclaré Mirkin. " Cela remet en question toute notre façon de penser à la matière de construction. C'est un travail fondamental qui aura un impact durable."