In de ongelooflijk kleine wereld van moleculen komen de elementaire bouwstenen – de atomen – in een zeer regelmatig patroon samen. Daarentegen is er in de macroscopische wereld met zijn grotere deeltjes een veel grotere wanorde wanneer deeltjes zich verbinden.

Een onderzoeksteam van de Universiteit van Göttingen is er nu in geslaagd dezelfde precieze rangschikking van atomen te bereiken als in moleculen, maar dan met behulp van deeltjes van nanometerformaat, bekend als 'plasmonische moleculen':combinaties van metaalstructuren op nanoschaal met unieke eigenschappen. De resultaten zijn gepubliceerd in Angewandte Chemie International Edition , die het artikel heeft geclassificeerd als een "zeer belangrijk artikel".

Er is een overgangsgebied tussen moleculaire en macroscopische niveaus, een tussenzone die het nanometerbereik wordt genoemd, waar vaak sprake is van een ongeordende aggregatie van deeltjes. Het nauwkeurig rangschikken van structuren op nanometerformaat is een van de grootste uitdagingen in de voortdurende miniaturisering van de elektronica, optica en geneeskunde.

In dit nieuwe proces, ontwikkeld door Dr. Yinging Cai en professor Philipp Vana aan het Instituut voor Fysische Chemie van de Universiteit van Göttingen, worden de deeltjes ter grootte van een nanometer met elkaar gemengd als in een chemische reactie en rangschikken ze zichzelf vervolgens volledig onafhankelijk in molecuulachtige structuren.

"De aanpak hier is om de deeltjes met elkaar te verbinden met behulp van op maat gemaakte polymeerketens die als twee handen in elkaar grijpen. We kunnen de kracht van deze handdruk controleren via het type en de lengte van de polymeren en via het oplosmiddel dat wordt gebruikt waarin de reactie plaatsvindt." legt Cai uit. Het resultaat zijn plasmonische moleculen, die allemaal dezelfde regelmatige rangschikking hebben en snel in grote hoeveelheden kunnen worden geproduceerd – een belangrijke voorwaarde om deze verbindingen nuttig en bruikbaar te maken voor een groot aantal functies in de wereld van de nanotechnologie.

"Door deze plasmonische moleculen te ontwikkelen, hebben we chemische principes in de nanowereld kunnen vestigen die een geheel nieuwe kosmos openen", zegt Vana. "En misschien zijn we wel getuige van de geboorte van een nieuw soort plasmonische chemie die zou kunnen leiden tot een schat aan nieuwe nanomaterialen."

Meer informatie: Yingying Cai et al., 2D-plasmonische moleculen via waterstofbruginteractie tussen polymeergeënte nanodeeltjes, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202309798

Journaalinformatie: Angewandte Chemie Internationale Editie

Aangeboden door Universiteit van Göttingen