Une nouvelle étude de recherche à l'Institut de la structure électronique et des lasers (IESL) de la Fondation pour la recherche et la technologie-Hellas (FORTH) révèle que de minuscules cristaux, plusieurs milliers de fois plus petit qu'une particule de poussière, quand ils sont habillés par le bon type d'imperfections, ajuster leurs propriétés électroniques pour convertir favorablement l'énergie en chaleur, un attribut important pour une utilisation potentielle dans les matériaux intelligents pour l'énergie, santé, capteurs etc. L'article connexe, co-écrit par les chercheurs de l'IESL, s'intitule "Structure locale non cubique induite par l'inoccupation et ajustement de l'anisotropie magnétique dans Fe X O-Fe 3-δ O 4 Nanocristaux, " et a été récemment publié dans la première revue scientifique Examen physique X .

Le long de ces lignes, et en particulier dans la lutte contre le cancer, les chercheurs développent activement des stratégies sophistiquées pour détruire les tumeurs en élevant leur température. Dans une telle approche, cristaux nanométriques (c'est-à-dire de minuscules particules cent mille fois plus petites que l'épaisseur d'un cheveu humain, appelés « nanocristaux ») injectés dans le tissu cancéreux et chauffés par des stimuli externes (par exemple un champ magnétique) offrent une nouvelle, solution thérapeutique mini-invasive pouvant également contribuer à réduire la toxicité des traitements anticancéreux.

L'équipe de FORTH-IESL a proposé le nouveau concept selon lequel les propriétés physiques requises peuvent résulter de la rupture des symétries, comme en introduisant des postes vacants (c'est-à-dire des sites atomiques vides), plutôt que d'avoir des cristaux avec des arrangements atomiques parfaitement ordonnés.

La fonctionnalité de l'état d'un tel système se reflète dans l'amélioration des performances lors du chauffage à médiation magnétique (augmentation de la température locale au-delà des limites physiologiques, connue sous le nom d'« hyperthermie ») est poursuivie avec des particules cristallines à l'échelle nanométrique. L'idée suit le Principe de Pierre Curie (1894), raisonnement sur les mystères de la brisure de symétrie qui influence les phénomènes à grande échelle dans les sciences naturelles contemporaines (c.f. de la piézoélectricité et de la théorie quantique des champs au repliement des protéines).

Pour mener à bien cette recherche critique, Dr Alexandros Lappas, un physicien chimiste et directeur de recherche à l'IESL, a coordonné une collaboration interdisciplinaire qui a réuni théorie et modélisation de l'INN-Demokritos (Grèce), caractérisations magnétiques de CNR-SPIN &UNINA (Italie), la recherche scientifique avec des photons du CMPMSD-BNL (U.S.), et l'analyse des matériaux à l'échelle nanométrique du LCN (Royaume-Uni) dans le but d'explorer la relation des défauts structurels sur la taille et la forme des nanocristaux colloïdaux d'oxyde de fer, et pour déterminer comment ceux-ci s'associent aux propriétés magnétiques pertinentes pour la nanobiotechnologie.

La clé pour découvrir les présents résultats était l'utilisation d'ultra-lumineux, particules de lumière à haute énergie (photons) offertes dans une installation synchrotron (NSLS-II, BNL, NOUS.). Étant des centaines de millions de fois plus lumineuses que les sources d'imagerie médicale à rayons X conventionnelles, l'extrême pouvoir de résolution de tels faisceaux lumineux, lorsqu'il est dispersé à partir d'un échantillon, aidé à identifier que des atomes métalliques se sont retirés du réseau cristallin au cours d'un processus redox, créer des sites vacants (i.e. des imperfections) qui sont corrélés les uns aux autres via des distorsions locales.

« La brisure locale émergente de la symétrie due à des défauts, modifie l'anisotropie magnétique du nanocristal dans le sens favorable. Les postes vacants agissent comme des centres d'épinglage qui favorisent la compétition entre les aimants élémentaires (spins) dont ils sont composés, empêchant en effet l'inversion cohérente et la relaxation facile des spins. Cela permet de décupler remarquablement les performances thermosensibles du nanomatériau, par rapport à celui obtenu par des entités sans défaut. La libération d'énergie des spins peut ressembler à celle d'un objet diffusant à travers un milieu visqueux, où plus la densité du fluide est élevée, plus il décélère efficacement et son énergie cinétique est convertie en chaleur, " explique Alexandros Lappas, chef de groupe au Laboratoire de matériaux quantiques et de magnétisme du FORTH-IESL.

L'enquête suggère les implications plus larges du contrôle des défauts à l'échelle atomique en tant que paramètre de conception qui favorise les propriétés anisotropes pour les nanomatériaux optimisés, avec des fonctionnalités diagnostiques et thérapeutiques simultanées, par exemple., processus cellulaires thermosensibles guidés par image magnétique, recherché dans le domaine de la théranostique.