p (Phys.org) —Se você pode quebrar uniformemente a simetria dos pares de nanobastões em uma solução coloidal, você está um passo à frente do jogo em direção a novas e excitantes propriedades de metamateriais. Mas a montagem coloidal controlada por termodinâmica tradicional desses metamateriais, que são materiais definidos por suas propriedades não naturais, frequentemente resultam em estruturas com alto grau de simetrias no material a granel. Nesse caso, a necessidade de energia não permite que a estrutura quebre sua simetria. p Em um estudo liderado por Xiang Zhang, diretor da Divisão de Ciências de Materiais do Berkeley Lab, ele e seu grupo de pesquisa na Universidade da Califórnia (UC) Berkeley alcançaram a quebra de simetria em uma solução de metamaterial em massa pela primeira vez. Zhang e seu grupo demonstraram metamateriais ópticos automontados com simetrias quebradas sob medida e, portanto, respostas eletromagnéticas únicas que podem ser obtidas por meio de seu novo método. Os resultados foram publicados em Nature Nanotechnology . O artigo é intitulado "Auto-montagem conduzida por feedback de metamateriais ópticos de quebra de simetria em solução".

p "Desenvolvemos uma rota de automontagem inovadora que poderia ultrapassar o limite termodinâmico convencional em sistemas químicos sintéticos", explica Sui Yang, autor principal do artigo da Nature Nanotechnology e membro do grupo de pesquisa de Zhang. "Especificamente, usamos a propriedade do próprio material como um mecanismo de feedback de autocorreção para autodeterminar a estrutura final. "

p Isso levou o grupo a produzir nanoestruturas que historicamente foram consideradas impossíveis de montar.

p O método amplamente utilizado de síntese de metamateriais é a fabricação de cima para baixo, como feixe de elétrons ou litografia de feixe de íons de foco, que geralmente resulta em metamateriais fortemente anisotrópicos e de pequena escala.

p "As pessoas constroem metamateriais usando métodos de cima para baixo que incluem a exposição à luz e ao feixe de elétrons, que são ineficientes e caros, "diz Xingjie Ni, outro autor principal do artigo. "Se quisermos usar metamateriais, precisamos desenvolver uma maneira de construí-los de forma barata e eficiente. "

p A rota ascendente preenche esses requisitos. Começando com uma solução de nanobastões coloidais, Yang e Ni construíram uma técnica comum de automontagem usada para construir nanopartículas. A reviravolta que eles adicionaram foi introduzir um mecanismo de feedback pelo qual obter o produto desejado.

p O produto desejado ao sintetizar nanobastões de ouro coloidal, que são estabilizados durante o crescimento para obter ligação preferencial ao longo das facetas longitudinais, são pares de hastes, ou dímeros, que são deslocados por uma certa quantidade:sua simetria é quebrada uniformemente.

p "Quando você tem essa reação, você obtém todos os tipos de produtos. Você tem um par de nanobastões sem nenhuma mudança em relação um ao outro; ou um par que mudou muito; ou não o suficiente. Este é um processo típico e é regido pela termodinâmica, "explica Yang.

p A equipe usou um laser para excitar a ressonância plasmônica de partículas específicas produzidas na reação. Isso permitiu que separassem as ressonâncias indesejadas, indicando pares de nanobastões que não foram deslocados na quantidade desejada, e dissociar esses pares usando o calor da excitação.

p "Apenas a ressonância desejada sobrevive neste processo, "Ni diz." Então a reação pode ser repetida para produzir mais do desejado, partículas de simetria quebrada com base em sua assinatura plasmônica. A distinção clara nos perfis de ressonância torna esse método altamente seletivo.

p "Este é um novo método de fabricação de automontagem que as pessoas podem comumente empregar:usamos as próprias propriedades do material para conduzir a formação de nanoestruturas em solução. Isso tem o valor intrínseco de fazer muitas estruturas em um lote."

p O método desenvolvido no grupo de pesquisa de Zhang pode ser aplicado a muitas outras nanopartículas; na verdade, quase qualquer estrutura que pode se auto-montar pode ser produzida dessa maneira. Isso resolve o problema de obtenção de quebra simétrica em grande escala, e pode abrir a porta para novas propriedades e aplicativos.

p O mecanismo de feedback exclusivo leva a nanoestruturas precisamente controladas com simetrias e funcionalidades além das convencionais.

p “Como demonstração em nosso jornal, sintetizamos uma nova classe de metamateriais ópticos de quebra de simetria que têm respostas eletromagnéticas isotrópicas e podem ser usados ​​em uma série de aplicações importantes, como imagens de sub comprimento de onda, camuflagem e detecção ótica, "diz Yang.

p "Em contraste com a sabedoria convencional de que a estrutura de um material determina suas propriedades, sugerimos provocativamente que as propriedades físicas dos materiais, por design, pode ditar a evolução da automontagem e autodeterminar as estruturas dos materiais a granel ", conclui Zhang.