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自旋纳米粒子会自组装成“活着的晶体”
2014-02-26| 文章来源:科技日报 刘霞| 【

  美国密歇根大学化学工程、材料科学和工程教授莎朗·格洛特兹领导的研究团队在解决纳米技术领域的一个关键问题——使粒子自我组装时发现,只是让纳米粒子自旋就会诱导它们组成科学家们所谓的“活着的旋转晶体”,这种晶体或许可以用作纳米泵,在设备内运输物质;也能顺带解释生命的起源。科学家们之所以称这种晶体为“活着的”,是因为从某种程度上来说,它们自己就采用一种非常简单的规则呈现出了生命的形式。 

  由于纳米粒子很小,因此,常用的组建方法并不实用,包括格洛特兹在内的科学家一直在探索方法,使无序自然而然地变成有序,就像生命刚开始时所出现的那样。格洛特兹说:“如果我们找到方法,那么,我们不仅能用新方法制造材料和设备,也能理解第一个活体结构是如何从一团化学汤中产生的。生物学解决这一组装挑战的方式是,持续不断地添加拥有能量的组件,因此,我们也用这种方式来处理纳米粒子。” 

  研究人员最近发现,如果粒子从基本运动(比如朝一个方向移动)就开始获得能量,那么,它们会相互影响,形成群体,而格洛特兹团队希望在此基础上,看看旋转的粒子会出现什么情况。研究人员达芙妮·克洛特萨说:“结果表明,它们会自我组装。” 

  科学家们解释道,可以将粒子想象为放置在桌面上的两组风车,空气吹动一个风车顺时针旋转,另外一个风车逆时针旋转。当风车之间的距离足够紧密以至于它们的叶片相互触碰时,风车就会开始将自己划分为顺时针组和逆时针组,他们将这个行为称为相位分离。 

  这种分离之所以会出现是因为,风车的叶片相互碰撞的方式。当一对风车朝一个方向自旋时,它们的叶片会相遇,实际上,它们是在朝相反的方向移动。这意味着,叶片会相互结合在一起,导致这对风车像一个风车一样旋转。相反,自旋方向相反的风车的叶片在相遇时,其实是在朝同一个方向运动,因此,它们并不会结合在一起。自旋方向相同的风车需要花费更多时间结合在一起,它们会慢慢地聚集成群。 

  当风车分成顺时针组和逆时针组时,两组间的边界变成了没有发生自旋的粒子可以在其中畅通无阻的大道,位于边界的叶片会让这些粒子到达边界,使它们很难回到更加稠密的风车集合地。科学家们表示,这种现象有望被用来作为纳米泵,在设备中输送物体。 

  该研究团队认为,尽管计算机模拟是二维的,旋转的粒子也能变成“活的”三维晶体,因此,或可用于解释生命的起源。 

 
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