Os átomos têm um centro carregado positivamente rodeado por uma nuvem de partículas carregadas negativamente. Este tipo de arranjo, acontece que, também pode ocorrer em um nível mais macroscópico, dando novos insights sobre a natureza de como os materiais se formam e interagem. p Em um novo estudo do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE), cientistas examinaram a estrutura interna de um material chamado cristal coloidal, que consiste em uma matriz altamente ordenada de partículas maiores e menores intercaladas em arranjos regulares. Um maior conhecimento de como os cristais coloidais são estruturados e se comportam pode ajudar os cientistas a determinar as aplicações para as quais eles são mais adequados, como fotônica.

p Em uma pesquisa pioneira descrita em uma edição recente da Ciência , cientistas amarraram partículas menores a maiores usando DNA, permitindo-lhes determinar como as partículas menores preencheram as regiões ao redor das maiores. Ao usar partículas tão pequenas quanto 1,4 nanômetro - extremamente pequenas para partículas coloidais - os cientistas observaram um efeito empolgante:as pequenas partículas vagavam regularmente ordenando partículas maiores, em vez de permanecerem bloqueadas de uma forma ordenada.

Por causa desse comportamento, os cristais coloidais podem ser projetados para levar a uma variedade de novas tecnologias no campo da óptica, catálise, e entrega de drogas. As pequenas partículas têm potencial para atuar como mensageiros, carregando outras moléculas, corrente elétrica ou informação de uma extremidade de um cristal para outra.

"As partículas menores agem essencialmente como uma cola que mantém o arranjo de partículas maiores junto, "disse o físico de raios-X de Argonne e autor do estudo Byeongdu Lee." Com apenas algumas gotas de cola, a melhor posição para colocá-los é nos cantos entre as partículas maiores. Se você adicionar mais contas de cola, eles transbordariam para as bordas. "

As pequenas partículas que ficam nos cantos tendem a ficar paradas - uma configuração que Lee chamou de localização. As partículas adicionais que estão nas bordas têm mais liberdade de movimento, tornando-se deslocalizado. Por estar amarrado a partículas maiores e com a capacidade de ser localizado e deslocado, as pequenas partículas atuam como "equivalentes de elétrons" na estrutura do cristal. A deslocalização de pequenas partículas, que os autores chamam de metalicidade, não foi observada até agora em montagens de partículas coloidais.

Adicionalmente, uma vez que as pequenas partículas se deslocam em parte, o efeito cria um material que desafia as definições mais tradicionais de um cristal, de acordo com Lee.

"Normalmente, quando você muda a composição de um cristal, a estrutura também muda, "disse ele." Aqui, você pode ter um material que é capaz de manter sua estrutura geral com diferentes proporções de seus componentes. "

Para obter imagens da estrutura dos cristais coloidais, Lee e seus colegas usaram os feixes de raios-X de alto brilho fornecidos pela Advanced Photon Source (APS) da Argonne, um DOE Office of Science User Facility. O APS ofereceu uma vantagem importante, pois permitiu aos cientistas observar a estrutura do cristal diretamente na solução. "Este sistema só é estável em solução, uma vez que seca, a estrutura deforma, "Lee disse.