ナノサイズのブロックが水中で自発的に集合し、小さな浮遊チェッカーボードを作る(Nanosized Blocks Spontaneously Assemble in Water To Create Tiny Floating Checkerboards)

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2024-06-13 カリフォルニア大学サンディエゴ校(UCSD)

研究者たちは、水面に落とすと自発的に2次元のチェッカーボードパターンを形成するナノサイズの立方体を開発しました。この研究は、自己組織化を利用して複雑なナノ構造を簡単に作成する方法を示しています。ナノキューブは銀の結晶と親水性および疎水性分子で構成され、表面化学がキューブ同士を引き寄せて隙間を作ります。UCサンディエゴのチームは、計算シミュレーションと実験を組み合わせてこのプロセスを最適化し、最終的にチェッカーボードパターンを作成しました。この構造は光学センシングやナノスケールフィルターなどの新しい光学素子に利用できる可能性があります。今後、チェッカーボードの光学特性をさらに探求する予定です。

<関連情報>

非特異的相互作用によるナノ結晶チェッカーボードパターンの自己組織化 Self-assembly of nanocrystal checkerboard patterns via non-specific interactions

Yufei Wang,Yilong Zhou,Quanpeng Yang,Rourav Basak,Yu Xie,Dong Le,Alexander D. Fuqua,Wade Shipley,Zachary Yam,Alex Frano,Gaurav Arya & Andrea R. Tao
Nature Communications  Published:09 May 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-024-47572-2

figure 1

Abstract

Checkerboard lattices—where the resulting structure is open, porous, and highly symmetric—are difficult to create by self-assembly. Synthetic systems that adopt such structures typically rely on shape complementarity and site-specific chemical interactions that are only available to biomolecular systems (e.g., protein, DNA). Here we show the assembly of checkerboard lattices from colloidal nanocrystals that harness the effects of multiple, coupled physical forces at disparate length scales (interfacial, interparticle, and intermolecular) and that do not rely on chemical binding. Colloidal Ag nanocubes were bi-functionalized with mixtures of hydrophilic and hydrophobic surface ligands and subsequently assembled at an air–water interface. Using feedback between molecular dynamics simulations and interfacial assembly experiments, we achieve a periodic checkerboard mesostructure that represents a tiny fraction of the phase space associated with the polymer-grafted nanocrystals used in these experiments. In a broader context, this work expands our knowledge of non-specific nanocrystal interactions and presents a computation-guided strategy for designing self-assembling materials.

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