As nanopartículas em forma de tetraedro são interessantes o suficiente por si mesmas, mas sob as circunstâncias certas, os cientistas da Universidade Rice descobriram que fazem algo notável.
Ao fazer uma verificação de rotina em um lote de minúsculos tetraedros de ouro, o químico de Rice Matthew Jones e o estudante de pós-graduação Zhihua Cheng descobriram que suas partículas microscópicas tinham a capacidade inesperada de se organizar em superestruturas quirais 2D.

A descoberta, que é detalhada em um novo estudo em Nature Communications , é provavelmente a primeira auto-montagem espontânea conhecida de uma estrutura quiral planar, disse Jones.

Estruturas quirais são opostos de espelho, formas semelhantes, como as mãos direita e esquerda, que não podem ser sobrepostas umas às outras. É uma distinção importante no design de medicamentos, onde as moléculas quirais podem ser terapêuticas em uma mão e tóxicas na outra.

Os próprios tetraedros não são quirais - isto é, podem ser sobrepostos às suas imagens especulares. Isso tornou duplamente surpreendente que eles caíssem tão facilmente em formas quirais durante os experimentos quando evaporados em uma superfície, disse Jones.

"Isso é inesperado", disse ele. "É muito raro ver uma estrutura quiral se formar quando seus blocos de construção não são quirais."

Jones disse que as superredes 2D criadas pelos tetraedros podem levar a avanços em metamateriais que manipulam luz e som de maneiras úteis. "Há toda uma série de artigos que preveem que algumas das propriedades mais interessantes de metamateriais ópticos surgem em estruturas que têm quiralidade nessa escala de comprimento", disse ele.

As superfícies quirais criadas em Rice são montagens ultrafinas de partículas que incorporam domínios destros e canhotos em números iguais. Isso importa em como eles processam a luz polarizada circularmente, uma ferramenta útil em espectroscopia e plasmônica.

Jones disse que uma maneira de construir estruturas 2D precisas é começar com um grande pedaço de material e trabalhar de cima para baixo, como um escultor, removendo pedaços indesejados para chegar à forma desejada. A automontagem é uma abordagem de baixo para cima, onde uma grande estrutura, como uma árvore, cresce a partir da junção de inúmeras pequenas peças. A montagem de baixo para cima é normalmente a mais rápida e eficiente das duas abordagens.

“Na maioria das vezes, as pessoas usam partículas esféricas na automontagem, mas você simplesmente não consegue tanta complexidade em termos de estrutura”, disse Jones. "Meu grupo pega partículas não esféricas e tenta montá-las em estruturas mais sofisticadas."

Tendo descoberto uma maneira de fazer nano-tetraedros de ouro bem formados, Jones e Cheng os colocaram em uma solução e colocaram uma gota em um substrato. "Nós apenas deixamos a gota evaporar, e o que conseguimos são essas superredes incríveis", disse ele.

"Há duas coisas que os tornam incríveis", disse ele. "Uma é que eles são exclusivamente bidimensionais, e a segunda, que é mais interessante, é que eles são quirais."

Jones e Cheng inicialmente pensaram que as partículas poderiam crescer em três dimensões, "mas agora entendemos como elas formam uma estrutura 2D tão complicada que tem duas partículas de espessura", disse Jones.

Cheng disse:"Inicialmente, não esperávamos que eles se reunissem. Eu só queria ver que as partículas eram puras e uniformes em tamanho. Quando vi os diferentes arranjos quirais, foi uma surpresa total para mim que eles se reunissem em tal uma estrutura legal!"

Jones disse que as partículas aproveitam vários fenômenos à medida que se montam, incluindo forças de van der Waals, repulsão eletrostática entre as moléculas nas superfícies do tetraedro e o substrato no qual a gota é colocada. "Com o tempo, à medida que a gota evapora, as partículas passam de repulsivas a fortemente atraentes, e é assim que se cristalizam em super-redes", disse ele.

Os domínios hexagonais do material se formam quando os tetraedros se juntam com suas pontas para cima ou para baixo. À medida que as partículas se juntam, seus pontos acabam se encontrando, exigindo que elas deslizem um pouco umas sobre as outras para continuar se aproximando. Isso força todas as partículas no hexágono de montagem a girar aleatoriamente de uma maneira ou de outra, formando domínios quirais à esquerda e à direita.

Jones observou que há uma base matemática para o fenômeno que alguém pode eventualmente descobrir.

"Foi apenas recentemente que o empacotamento mais denso de esferas foi matematicamente comprovado, então pode levar algum tempo até que possamos esperar algo semelhante para tetraedros", disse ele. "É muito, muito complicado."

Jones disse que vê a possibilidade de um dia "montar um material como este na superfície de uma piscina" para que revestimentos avançados de metamateriais possam ser aplicados a praticamente qualquer objeto simplesmente mergulhando-o na superfície do líquido. + Explorar mais

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