Tijdens een poging om een ​​mysterie over op ijzeroxide gebaseerde nanodeeltjes op te lossen, een onderzoeksteam van het National Institute of Standards and Technology stuitte op een ander. Maar zodra de implicaties ervan worden begrepen, hun ontdekking* kan nanotechnologen een nieuw en nuttig hulpmiddel opleveren.

De nanodeeltjes in kwestie zijn bolletjes magnetiet die zo klein zijn dat een paar duizend op een rij een haarbreedte zouden uitrekken, en ze hebben potentiële toepassingen, zowel als basis voor betere gegevensopslagsystemen als in biologische toepassingen zoals hyperthermiebehandeling voor kanker. Een sleutel tot al deze toepassingen is een volledig begrip van hoe grote aantallen deeltjes magnetisch met elkaar interageren over relatief grote afstanden, zodat wetenschappers ze met magnetisme kunnen manipuleren.

"Het is al lang bekend dat een groot stuk magnetiet een groter magnetisch 'moment' heeft - beschouw het als magnetische sterkte - dan een equivalente massa nanodeeltjes, " zegt Kathryn Krycka, een onderzoeker bij het NIST Center for Neutron Research. "Niemand weet echt waarom, Hoewel. We besloten de deeltjes te onderzoeken met bundels van lage-energetische neutronen, die je veel kan vertellen over de interne structuur van een materiaal."

Het team paste een magnetisch veld toe op nanokristallen bestaande uit 9 nm brede deeltjes, gemaakt door medewerkers van de Carnegie Mellon University. Het veld zorgde ervoor dat de deeltjes als ijzervijlsel op een stuk papier kwamen te liggen dat boven een staafmagneet werd gehouden. Maar toen het team dichterbij keek met behulp van de neutronenstraal, wat ze zagen onthulde een niveau van complexiteit dat nog nooit eerder was gezien.

"Als het veld wordt toegepast, de binnenste 7 nm brede 'kern' oriënteert zich langs de noord- en zuidpool van het veld, net zoals grote ijzervijlsels zouden doen, " zegt Krycka. "Maar de buitenste 1 nm 'schil' van elk nanodeeltje gedraagt ​​zich anders. Het ontwikkelt zich ook een moment, maar wees loodrecht op die van de kern."

In een woord, bizar. Maar potentieel nuttig.

De schelpen zijn fysiek niet anders dan de interieurs; zonder het magnetische veld, het onderscheid verdwijnt. Maar eenmaal gevormd, de schillen van nabijgelegen deeltjes lijken op elkaar te letten:een lokale groep van hen zal de momenten van hun schelpen allemaal op één manier hebben opgesteld, maar dan zullen de schelpen van een andere groep ergens anders heen wijzen. Deze bevinding doet Krycka en haar team geloven dat er meer te leren valt over de rol die deeltjesinteractie speelt bij het bepalen van interne, magnetische nanodeeltjesstructuur - misschien iets dat nanotechnologen kunnen gebruiken.

"Het effect verandert fundamenteel hoe de deeltjes met elkaar zouden praten in een gegevensopslagomgeving, " Krycka zegt. "Als we het kunnen beheersen - door hun temperatuur te variëren, bijvoorbeeld, zoals onze bevindingen suggereren dat we dat kunnen - we kunnen het effect mogelijk in- en uitschakelen, die nuttig zou kunnen zijn in toepassingen in de echte wereld."