Sommige van de recente ontwikkelingen in nanotechnologie hangen in grote mate af van hoe nanodeeltjes bewegen en diffunderen op een oppervlak of in een vloeistof onder niet-ideale tot extreme omstandigheden. Georgia Tech heeft een team van onderzoekers dat zich toelegt op het verleggen van deze grens.

Rigoberto Hernández, een professor aan de School of Chemistry and Biochemistry, onderzoekt deze relaties door simulaties van driedimensionale deeltjesdynamiek op krachtige computers te bestuderen. Zijn nieuwe bevindingen, die zich richten op de bewegingen van een sferische sonde tussen statische naalden, zijn geland op de cover van The . van februari Journal of Physical Chemistry B .

Hernandez en zijn voormalige Ph.D. student, Ashley Tucker, assembleerde de staafvormige verstrooiers in een van de twee toestanden tijdens zijn simulaties:wanordelijk (isotroop) en geordend (nematisch). Toen de nanostaafjes ontregeld waren, wijzend in verschillende richtingen, Hernandez ontdekte dat een deeltje typisch uniform in alle richtingen diffundeerde. Toen elke staaf in dezelfde richting wees, het deeltje, gemiddeld, diffundeerde meer in dezelfde richting als de staven dan tegen de korrel van de staven. In deze nematische toestand, de beweging van de sonde bootste de langwerpige vorm van de verstrooiers na. De verrassing was dat de deeltjes soms sneller diffundeerden in de nematische omgeving dan in de ongeordende omgeving. Dat is, de kanalen die tussen de geordende nanostaafjes open blijven, sturen nanodeeltjes niet alleen in een richting, ze stellen hen ook in staat om er doorheen te razen.

Naarmate de dichtheid van de verstrooiers toeneemt, de kanalen worden steeds drukker. Het deeltje dat door deze steeds drukker wordende assemblages diffundeert, vertraagt ​​dramatisch in de simulatie. Hoe dan ook, de onderzoekers ontdekten dat de nematische verstrooiers nog steeds snellere diffusie accommoderen dan ongeordende verstrooiers.

"Deze simulaties brengen ons een stap dichter bij het creëren van een nanostaafje waarmee wetenschappers de stroom van nanodeeltjes kunnen regelen, "zei Hernandez. "Blauwe luchttoepassingen van dergelijke apparaten omvatten het creëren van nieuwe lichtpatronen, informatiestroom en andere microscopische triggers."

Bijvoorbeeld, als wetenschappers een sonde nodig hebben om met een bepaalde snelheid in een bepaalde richting te diffunderen, ze kunnen de nanostaafjes ertoe aanzetten om in een bepaalde richting te bewegen. Als ze de richting van het deeltje moeten veranderen, verstrooiers kunnen dan worden geactiveerd om te herschikken in een andere richting. Inderdaad, de trigger zou de afwezigheid van voldoende nanodeeltjes in een bepaald deel van het apparaat kunnen zijn. De daaropvolgende herschikking van de nanostaafjes zou dan een herbevolking van nanodeeltjes veroorzaken die dan beschikbaar zouden zijn om een ​​gewenste actie uit te voeren, om de lichtstroom te stimuleren.

"Hoewel dit door NSF gefinancierde werk om de beweging van deeltjes binnen complexe arrays op nanoschaal beter te begrijpen, zeer fundamenteel is, "Hernández zegt, "het heeft op de lange termijn aanzienlijke implicaties voor de fabricage en prestaties van apparaten op dergelijke schaal. Het is leuk om over na te denken en het biedt geweldige training voor mijn studenten."