De efficiëntie van veel toepassingen die voortkomen uit de natuurwetenschappen hangt sterk af van een eindige eigenschap van nanodeeltjes, zogenaamde oppervlakte-volumeverhouding. Hoe groter het oppervlak van nanodeeltjes voor hetzelfde volume wordt bereikt, hoe efficiënter nanodeeltjes kunnen interageren met de omringende stof. Echter, thermodynamisch evenwicht dwingt nanostructuren om het open oppervlak te minimaliseren, aangedreven door het principe van energieminimalisatie. Dit basisprincipe voorspelt dat de enige vorm van nanodeeltjes bolvormig of bijna bolvormig kan zijn.

Natuur, echter, volgt niet altijd de eenvoudige principes. Een intensieve samenwerking tussen de Universiteit van Helsinki, Finland, en Okinawa Instituut voor Wetenschap en Technologie, Japan, toonde aan dat ijzernanodeeltjes onder bepaalde omstandigheden kubisch kunnen groeien. De wetenschappers slaagden er ook in om de mechanismen hierachter te onthullen.

"Nu hebben we een recept voor het synthetiseren van kubische vormen met een hoge oppervlakte-volumeverhouding die de deur opent voor praktische toepassingen", zegt Dr. Flyura Djurabekova van de Universiteit van Helsinki.

In het werk van de onderzoeker experiment en theorie werden samengebracht via een nieuw wiskundig model, die een recept geeft voor het selecteren van macroscopische experimentele omstandigheden om de vorming van nanodeeltjes met de gewenste vorm te bereiken.

Het computationele werk dat werd uitgevoerd in de groep van Djurabekova toonde het belang aan van kinetische processen in dit verrassende fenomeen, namelijk de concurrentie tussen oppervlaktediffusie en depositiesnelheid van atomen. De simulaties lieten zien hoe een van oorsprong bolvormige kern verandert in een perfecte kubus.

De resultaten zijn onlangs gepubliceerd in het high-impact factor journal ACS Nano .