Многие металлы организуют атомы в кристаллических решетках посредством одной из двух симметрий, или сигноний: объемно-центрированной кубической сигнонии или гранецентрированной кубической сигнонии. Первая структура чуть менее плотная, а частицы расположены на углах и в центре куба. Во второй частицы имеются в центре каждой грани.

Некоторые металлы могут при нагревании переходить между этими структурами. У физиков имеется несколько объяснений процесса трансформации, одно из них — модель Насиямы — Вассермана. Она предсказывает наличие кратковременных промежуточных структур, но они настолько нестабильны, что их никогда не удавалось наблюдать экспериментально. Авторам — ученым из Университета Брауна и Мичиганского университета — удалось не только увидеть их, но и стабилизировать при комнатной температуре, используя вместо атомов наночастицы.

Исследователи синтезировала серебряные наночастицы в форме усеченных октаэдров, или «меконов», сообщает Science Daily. Это промежуточная форма между сферой и кубом. Меняя температуру нагрева, ученые изготовили меконы с разной геометрией. Затем частицы покрыли длинными молекулярными цепочками, которые действуют как «волосатые липучки»: они достаточно гибкие, чтобы частицы могли смещаться относительно друг друга, но при этом обеспечивают связность.

Комбинация лабораторных экспериментов и компьютерного моделирования показала, что молекулярное покрытие позволяет стабилизировать именно те конфигурации, которые предсказаны моделью Насиямы — Вассермана. Это серьезное достижение в материаловедении: теперь можно «замораживать» переходные состояния и изучать их свойства.

Когда получившиеся сверхрешетки из серебряных наночастиц облучили светом, они продемонстрировали еще один примечательный эффект. Исследователи наблюдали признаки глубокого сильного взаимодействия света с веществом: электроны внутри наночастиц начали осциллировать в идеальной синхронии со световыми волнами, входя в квантовую запутанность. Обычно такие эффекты наблюдаются только при сверхнизких температурах, но здесь они проявились при комнатной температуре. В потенциале его можно было бы использовать для создания квантовых вычислительных элементов, не требующих дорогостоящего криогенного оборудования.

Недавняя разработка ученых из Гарварда позволяет механически настраивать степень хиральности, предоставляя новые возможности управления светом. Открытие будет в первую очередь востребовано в фотонике и квантовых технологиях.