A transformação reversível da nanohélice é um dos fenômenos mais requintados e importantes da natureza. Os nanomateriais raramente formam cristais helicoidais. Devido à irreversibilidade das forças de torção estudadas até agora, destorcer é mais difícil do que retorcer nanoélices cristalinas. Portanto, muitas transformações de torção reversíveis entre dois produtos cristalinos estáveis ​​são raras e requerem um balanço energético sensível. Esta transformação reversível de nanohélices tem sido considerada difícil de alcançar.



Pesquisadores dos Institutos Hefei de Ciências Físicas da Academia Chinesa de Ciências, em colaboração com pesquisadores da Universidade de Nanjing e da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, descobriram uma relação sutil de competição e cooperação dentro da estrutura cristalina, estabelecendo um delicado equilíbrio energético. entre as estruturas das nanohélices cristalinas torcidas e não torcidas.

Pela primeira vez, os pesquisadores conseguiram múltiplas transformações reversíveis entre nanofios e nanohélices. O estudo foi publicado na Nature Communications .

Usando ressonância de spin eletrônico (ESR), incluindo ESR de alto campo, na Instalação Experimental de Alto Campo Magnético de Estado Estável, os pesquisadores demonstraram mudanças no ambiente de coordenação de Co (II) e uma diminuição na simetria da nanohélice. A espectroscopia de ressonância magnética nuclear no estado sólido e a espectroscopia terahertz revelaram que as interações π-π desempenham um papel crucial no crescimento helicoidal.

Estes resultados, combinados com cálculos teóricos e vários experimentos de validação, sugerem que a torção surge da interação competitiva entre reações de condensação e processos de empilhamento π-π. Este mecanismo único de crescimento competitivo, juntamente com a micro-ajustabilidade do modo de crescimento, é a chave para construir sistemas de equilíbrio energético finamente ajustáveis ​​e alcançar transformações helicoidais reversíveis.

Ao projetar e modificar seletivamente as forças intermoleculares e controlar com precisão as taxas de crescimento em diferentes direções, mantendo a estrutura geral, a direção do equilíbrio energético pode ser alterada, realizando a torção, desenrolamento e retorção das nanohélices.

Este estudo apresenta uma nova abordagem para projetar transformações reversíveis de cristais, ajustando as interações intermoleculares para permitir múltiplas transformações reversíveis em cristais. Esta técnica oferece uma nova perspectiva para a cristalografia, melhora a teoria cristalográfica e permite a realização de vários processos reversíveis complexos.

Mais informações: Wei Du et al, Twisting, untwisting, and retwisting of elastic Co-based nanohelices, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-40001-w
Informações do diário: Comunicações da Natureza

Fornecido pela Academia Chinesa de Ciências