Een nieuw onderzoek aan het Institute of Electronic Structure and Lasers (IESL) van de Foundation for Research and Technology-Hellas (FORTH) vindt dat minuscule kristallen, vele duizenden malen kleiner dan een stofdeeltje, wanneer ze gekleed zijn met de juiste soort onvolkomenheden, hun elektronische eigenschappen aanpassen om energie gunstig om te zetten in warmte, een belangrijk attribuut voor mogelijk gebruik in slimme materialen voor energie, Gezondheid, sensoren etc. Het gerelateerde artikel, co-auteur van IESL's onderzoekers, is getiteld "Vacature-gedreven Non-cubic Local Structure and Magnetic Anisotropy Tailoring in Fe _x O-Fe _3-δ O ₄ Nanokristallen, " en is onlangs gepubliceerd in het vooraanstaande wetenschappelijke tijdschrift Fysieke beoordeling X .

In deze richting, en in het bijzonder in de strijd tegen kanker, onderzoekers ontwikkelen actief geavanceerde strategieën om tumoren te vernietigen door hun temperatuur te verhogen. In een dergelijke benadering kristallen op nanoschaal (d.w.z. kleine deeltjes die honderdduizend keer kleiner zijn dan de dikte van een mensenhaar, genaamd "nanokristallen") geïnjecteerd in het kankerweefsel en verwarmd door externe stimuli (bijvoorbeeld een magnetisch veld) bieden een nieuwe, minimaal invasieve therapeutische oplossing die ook kan helpen om de toxiciteit van behandelingen tegen kanker te verminderen.

Het team van FORTH-IESL kwam met het nieuwe concept dat de vereiste fysieke eigenschappen kunnen ontstaan ​​door het breken van symmetrieën, zoals door het introduceren van vacatures (d.w.z. lege atoomplaatsen), in plaats van door kristallen te hebben met perfect geordende atomaire rangschikkingen.

De functionaliteit van de toestand van een dergelijk systeem wordt weerspiegeld in verbeterde prestaties bij magnetisch gemedieerde verwarming (plaatselijke temperatuurstijging boven fysiologische limieten, bekend als "hyperthermie") wordt nagestreefd met kristallijne deeltjes op nanoschaal. Het idee volgt het principe van Pierre Curie (1894), redeneren over de mysteries van het breken van symmetrie die brede verschijnselen in de hedendaagse natuurwetenschappen beïnvloedt (vgl. van piëzo-elektriciteit en kwantumveldentheorie tot eiwitvouwing).

Om dit kritische onderzoek met succes uit te voeren, Dr. Alexandros Lappas, een chemisch fysicus en onderzoeksdirecteur bij IESL, heeft een interdisciplinaire samenwerking gecoördineerd die theorie en modellering van INN-Demokritos (Griekenland) heeft samengebracht, magnetische karakteriseringen van CNR-SPIN &UNINA (Italië), wetenschappelijk onderzoek met fotonen van CMPMSD-BNL (VS), en materiaalanalyse op nanoschaal van LCN (VK) met als doel het onderzoeken van de relatie van structurele defecten op de grootte en vorm van colloïdale nanokristallen van ijzeroxide, en om te bepalen hoe deze zich koppelen aan magnetische eigenschappen die relevant zijn voor nanobiotechnologie.

De sleutel tot het blootleggen van de huidige bevindingen was het gebruik van ultraheldere, hoogenergetische lichtdeeltjes (fotonen) aangeboden in een synchrotronfaciliteit (NSLS-II, BNL, ONS.). Omdat ze honderden miljoen keer helderder zijn dan de conventionele medische röntgenbeeldvormingsbronnen, het extreme oplossend vermogen van dergelijke lichtstralen, wanneer verstrooid uit een monster, hielp identificeren dat metaalatomen tijdens een redoxproces uit het kristalrooster werden getrokken, leegstaande terreinen (i.e. imperfecties) creëren die via lokale verstoringen met elkaar in verband staan.

"De opkomende lokale symmetrie die breekt als gevolg van defecten, verandert de magnetische anisotropie van het nanokristal in de gunstige richting. De vacatures fungeren als pinning-centra die de concurrentie bevorderen tussen de elementaire magneten (spins) waaruit ze zijn samengesteld, in feite de coherente omkering en gemakkelijke ontspanning van de spins belemmeren. Dit maakt een opmerkelijke tienvoudige stijging van de thermoresponsieve prestaties van het nanomateriaal mogelijk, in vergelijking met die verkregen door defectvrije entiteiten. Het vrijkomen van energie uit de spins kan lijken op die van een object dat door een stroperig medium diffundeert, waarbij hoe hoger de dichtheid van de vloeistof, hoe efficiënter hij vertraagt ​​en zijn kinetische energie wordt omgezet in warmte, " legt Alexandros Lappas uit, groepsleider bij het Quantum Materials and Magnetism Lab van FORTH-IESL.

Het onderzoek suggereert de bredere implicaties van defectcontrole op atomaire schaal als een ontwerpparameter die anisotrope eigenschappen voor geoptimaliseerde nanomaterialen bevordert, met gelijktijdige diagnostische en therapeutische functionaliteiten, bijv. magnetische beeldgestuurde thermoresponsieve cellulaire processen, gezocht op het gebied van theranostiek.