Wist je dat water onder nul graden Celsius nog vloeibaar kan blijven? Het wordt onderkoeld water genoemd en is aanwezig in koelkasten. Bij nog lagere temperaturen onderkoeld water zou kunnen bestaan ​​als een cocktail van twee verschillende vloeistoffen. Helaas, de aanwezigheid van ijs verhindert ons vaak om dit fenomeen waar te nemen. Dus kwamen natuurkundigen op het idee om de tetraëdrische vorm van watermoleculen te repliceren - met behulp van DNA als een scaffold om tetraëdrische moleculen te maken - en zo de interferentie van ijsvorming te verwijderen.

Dankzij deze aanpak kon Simone Ciarella van de Universiteit van Rome, Italië, en zijn collega's om te bevestigen dat, in theorie, een dubbele vloeibare fase is mogelijk in water onder nul en alle andere vloeistoffen gemaakt van tetraëdrische moleculen. Deze resultaten zijn gepubliceerd in EPJ E . Het is een geweldig verhaal over hoe de onderliggende microscopische vorm de algehele macroscopische vorm bepaalt.

De DNA-origamitechniek is een soort nanotech-versie van spelen met Lego, bouwstenen samenstellen om naar believen vormen te maken. Echter, het is nogal moeilijk om het experimenteel te doen. De auteurs kozen er in plaats daarvan voor om simulatie te gebruiken om te testen hoe tetraëdrische moleculen - waarbij de armen van de tetraëder zijn samengesteld uit zes harde cilinders - zich opstapelen en in de loop van de tijd evolueren.

De auteurs bevestigden eerder gepubliceerde ideeën die suggereren dat het de structuur van de monomeren en hun netwerk is die het theoretisch mogelijk maakt om een ​​dubbele vloeibare fase te hebben:één met hoge dichtheid en één met vloeistof met lage dichtheid. Dit komt omdat het resulterende rooster voldoende leeg is om gedeeltelijke interpenetratie van moleculen mogelijk te maken. En het is voldoende flexibel om kristallisatie in ijs te voorkomen, tenminste op de numerieke tijdschaal die in het onderzoek is gebruikt.

Vervolgens, Ciarella en zijn collega's bestudeerden de tetraëdrische moleculen zelf met een recent geïntroduceerde techniek, genaamd Opeenvolgende Paraplu Sampling, om informatie met betrekking tot thermodynamica te berekenen.