Kunstenaars gebruiken al eeuwen gouden nanodeeltjes, omdat ze levendige kleuren produceren wanneer zonlicht erop valt. Hun unieke optisch-elektronische eigenschappen hebben gouden nanodeeltjes in het centrum van onderzoek geplaatst, zonnepanelen, sensoren, chemotherapie, medicijnafgifte, biologische en medische toepassingen, en elektronische geleiders. De eigenschappen van gouden nanodeeltjes kunnen worden afgestemd door hun grootte te veranderen, vorm, oppervlaktechemie enz., maar het beheersen van deze aspecten is moeilijk.

Publiceren in Nano-letters , onderzoekers onder leiding van Fabrizio Carbone van EPFL hebben een ongekende studie gedaan naar de structuur van gouden nanodeeltjes. Werken met het lab van Francesco Stellacci (EPFL), de onderzoekers bereikten dit met behulp van een apparaat genaamd "small-angle time-resolved elektronendiffractometer", waardoor ze de structurele rangschikkingen van gouden nanodeeltjes konden bestuderen met ultrahoge snelheden - quadriljoensten van een seconde.

De diffractometer zelf is interessant omdat hij een goedkoop alternatief gebruikt voor een zeer dure techniek:de vrije elektronenlaser (FEL). De FEL gebruikt elektronen om röntgenstralen te genereren die moleculen kunnen "bestudeeren" tot op atomair niveau - in miljardsten van een meter. Zo'n krachtig hulpmiddel kost normaal gesproken meer dan een miljard dollar. Maar anno 2010 onderzoekers uit Nederland ontwikkelden een alternatieve methode die gekscherend "poor-man's FEL" wordt genoemd, die naar materialen kijkt met een elektronenstraal van ultrasnelle pulsen, en vergelijkbare resultaten behalen.

In dit onderzoek, de onderzoekers ontwikkelden een diffractometer-apparaat dat de "poor-man's FEL" gebruikt en gebruikmaakt van de hoge gevoeligheid die elektronen hebben voor interactie met materie. Het apparaat kan monolagen en zeer dunne monsters met lichte elementen bestuderen, bijv. waterstof en koolstof. En als het gaat om dichte aggregaten en kleine moleculen, de tijdsopgeloste elektronendiffractometer met kleine hoek kan de extreme gevoeligheid van een traditionele FEL bereiken, maar voor een fractie van de kosten:minder dan een miljoen dollar.

Op zoek naar goud

Met behulp van deze aanpak, de EPFL-onderzoekers konden een film bemachtigen waarin de structurele veranderingen van gouden nanodeeltjes veroorzaakt door licht werden vastgelegd met atomaire resolutie in zowel tijd als ruimte.

Deze experimenten laten zien dat ligandmoleculen die aan gouden nanodeeltjes zijn bevestigd zichzelf kunnen assembleren en zichzelf kunnen ordenen in preferentiële oriëntaties, die centraal staat voor het creëren van geordende nanostructuren. Nog opvallender was de ontdekking dat dat licht zelf zulke ordeningsverschijnselen kan veroorzaken, een uniek hulpmiddel bieden voor het beheersen van de fysica van gouden nanodeeltjes, met een groot potentieel voor opto-elektronische toepassingen zoals organische fotovoltaïsche (OPV) zonnecellen enz.

De studie levert proof-of-concept bewijs dat de tijd-opgeloste elektronendiffractometer met kleine hoek het systematische onderzoek van structurele eigenschappen van nano-geassembleerde materialen mogelijk maakt". inclusief signaalverwerking, biologie en zelfs toekomstige medicijnafgifte.