Доказана 150-летняя теория самосборки материалов
Logo
Cover

Американские исследователи подтвердили правоту теории нуклеации, которая была выдвинута еще в XIX и обосновывает создание новых материалов без больших энергозатрат. Открытие поможет разработать новые виды электроники.

Нуклеация — первая стадия фазового перехода — распространена в природных и искусственных материалах, от конденсации капель воды в облака до превращения сахарного песка в карамель. Однако, несмотря на сделанные еще в 1870-х предсказания американского ученого Джозайи Уилларда Гиббса, физики не могли прийти к единому мнению о том, как происходит этот процесс.

Новейшее исследование специалистов Тихоокеанской и северо-западной национальной лаборатории и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе подтвердило теорию Гиббса о материалах, которые формируются ряд за рядом. Группа ученых под руководством Чэнь Цзяцзюня открыла механизм, восполняющий пробел в знаниях и открывающий новые пути в материаловедении, пишет EurekAlert.

Теория Гиббса предсказывает, что если бы материалы могли расти в одном направлении, ряд за рядом, то на их создание не понадобилось бы больших энергетических затрат. Тогда материалы смогли бы избежать так называемого барьера нуклеации и смогли бы свободно самособираться. Эта точка зрения поддерживается не всеми учеными. Некоторые находили доказательства тому, что этот фундаментальный процесс на самом деле гораздо сложнее, чем предложенная Гиббсом модель.

Однако исследование калифорнийских ученых показывает, что почти полуторовековая теория отлично работает.

Они поняли, как взаимодействие молекул с материалами влияет на нуклеацию и рост материала. Воздействовав на субстрат дисульфида молибдена раствором пептидов, ученые измерили взаимное влияние соединений и сравнили результаты с моделью молекулярной динамики.

Исследователи обнаружили, что даже на ранних стадиях пептиды соединяются с основным материалом по одному ряду за раз, без барьера, как и предсказал Гиббс.

Группа Чэня идентифицировала пептиды, небольшие фрагменты белка, проявляющие специфичность, то есть избирательное взаимодействие исключительно с поверхностью материала. И использовала эти пептиды в качестве регулирующих агентов для того, чтобы заставить наноматериалы вырасти в определенные формы, которые пригодны для реакции катализа или создания полупроводников.

Ученые сделали это открытие в ходе изучения отдельного пептида, обладающего специфичностью к дисульфиду молибдена. Неожиданно для них пептиды сформировались в упорядоченную структуру.

Следующим шагом ученых станет создание синтетических молекул с теми же свойствами, что и у пептидов, но более устойчивых.   

В начале осени швейцарские физики опубликовали исследование, в котором подтвердили предсказание Томонаги — Латтинжера, выдвинутое в 1963 году, о движении электронов в одномерном проводнике.