p (Phys.org) - Os pesquisadores há muito pensam que as moléculas biológicas e os nanocristais sintéticos são semelhantes apenas no tamanho. Agora, Os químicos da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign descobriram que podem adicionar reatividade à lista de características compartilhadas. Os átomos em um nanocristal podem cooperar uns com os outros para facilitar a ligação ou troca, um fenômeno amplamente encontrado em moléculas biológicas. p A descoberta pode catalisar a fabricação de nanocristais para sensores inteligentes, células solares, pequenos transistores para computadores ópticos, e imagens médicas. Liderado pelo professor de química Prashant Jain, a equipe publicou suas descobertas no jornal Nature Communications .

p "Em geológico, ambientes industriais e domésticos, os grãos em nanoescala de qualquer material passam por transições químicas quando são colocados em condições reativas, "Disse Jain." O ferro enferruja ao longo do tempo e a formação de diamantes a partir do carbono são exemplos de duas transições que ocorrem comumente. Compreender como essas transições ocorrem na escala dos menores grãos do material é a principal motivação do nosso trabalho. "

p Os cientistas podem explorar essas transições para fazer nanocristais que se adaptem a uma estrutura particular. Eles podem fazer um nanocristal de um material e transformá-lo em outro material, essencialmente usando a estrutura nanocristal original como um modelo para a criação de um nanocristal do novo material com o mesmo tamanho e forma. Isso permite que os pesquisadores criem nanocristais de novos materiais em formas e estruturas que eles não seriam capazes de fazer de outra forma.

p No novo estudo, os pesquisadores transformaram minúsculos cristais do material seleneto de cádmio em cristais de seleneto de cobre. Os nanocristais de seleneto de cobre têm uma série de propriedades interessantes que podem ser usadas para a coleta de energia solar, computação óptica e cirurgia a laser. A transformação do seleneto de cádmio cria nanocristais com uma pureza difícil de ser obtida por outros métodos.

p Os pesquisadores, incluindo a estudante de graduação Sarah White, usaram técnicas avançadas de microscopia e espectroscopia para determinar a dinâmica dos átomos dentro dos cristais durante a transformação e descobriram que a transformação não ocorre como um processo de difusão lenta, mas como uma mudança rápida graças à cooperação.

p Os pesquisadores viram que, uma vez que o nanocristal de seleneto de cádmio tenha absorvido algumas impurezas iniciais de "semente" de cobre, átomos no resto da rede podem cooperar para trocar rapidamente o resto do cádmio por cobre. Jain compara os cristais à hemoglobina, a molécula nos glóbulos vermelhos que transporta oxigênio. Uma vez que uma molécula de oxigênio se liga à hemoglobina, outros locais de ligação dentro da hemoglobina mudam ligeiramente a conformação para captar mais oxigênio com mais facilidade. Ele postula isso de forma semelhante, impurezas de cobre podem causar uma mudança estrutural no nanocristal, tornando mais fácil para mais íons de cobre se infiltrarem no nanocristal em uma cascata rápida.

p Os pesquisadores reproduziram o experimento com prata, além do cobre, e viu semelhante, embora um pouco menos rápido, comportamento cooperativo.

p Agora, A equipe de Jain está usando sua imagem avançada para observar as transições acontecendo em nanocristais individuais, em tempo real.

p "Temos um microscópio óptico sofisticado em nosso laboratório, que agora nos permitiu capturar um único nanocristal no ato de fazer uma transição, "Jain disse." Isso está nos permitindo aprender detalhes ocultos sobre como a transição realmente ocorre. Também estamos aprendendo como um nanocristal se comporta de maneira diferente de outro. "

p Próximo, os pesquisadores planejam explorar fenômenos cooperativos semelhantes a biomoléculas em outros materiais e processos de estado sólido. Por exemplo, a cooperação em processos catalíticos pode ter implicações importantes para a energia solar ou fabricação de produtos químicos especiais caros.

p "A longo prazo, estamos interessados ​​em explorar o comportamento cooperativo para projetar materiais artificiais inteligentes que respondem de uma maneira como a hemoglobina em nosso corpo, "Jain disse.