Formas de control a nanoescala

Los grupos de átomos depositados en las superficies pueden fluctuar bajo el efecto de la agitación térmica. Los físicos teóricos están explorando cómo estas fluctuaciones se pueden utilizar de manera óptima para lograr una forma seleccionada.

Un nano-cúmulo que fluctúa térmicamente puede ser guiado hacia una forma objetivo (aquí un núcleo) utilizando una fuerza (horizontal) cuya dirección (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) es un proyecto científico cuyo objetivo…) se adapta a cada instante ( El instante designa el elemento constitutivo más pequeño del tiempo. El instante no es…) a la configuración según una estrategia (La estrategia – del griego stratos que significa «ejército» y ageîn que significa…) óptima.
Crédito: Olivier Pierre-Louis/ILM.

A escala molecular, la temperatura (La temperatura es una cantidad física que se mide con un termómetro y…) corresponde a la agitación (La agitación es la operación que consiste en mezclar una fase o varias…) El desorden de los átomos (Un átomo (del Griego ατομος, atomos, «que no se puede…) Este fenómeno fue descubierto en el siglo XIX (Un siglo es ahora un período de cien años. La palabra proviene del latín saeculum, i, que…) por el biólogo (Sobre otros proyectos de Wikimedia:) Brown durante la observación (La observación es el acto de monitorear atentamente los fenómenos, sin la voluntad de… ) bajo un microscopio del movimiento errático de las partículas de polen (Pollen (del griego pale: harina o polvo) constituye, en…) de tamaño micrométrico en el agua (El agua es un compuesto químico omnipresente en la Tierra, esencial para todos…) Einstein demostró en 1905 que este «movimiento browniano» (movimiento browniano, o proceso de Wiener es un ma el tema del movimiento…)» resulta de las colisiones del polen con las moléculas de agua en perpetuo movimiento caótico – la manifestación microscópica de la temperatura. En algunos casos, esta agitación térmica (térmica es la ciencia que se ocupa de la producción de energía, el uso de…) incluso es probable que provoque cambios de forma espontáneos en objetos nanoscópicos. Estos están compuestos por un pequeño número (La noción de número en lingüística se trata en el artículo «Número…) de átomos o partículas agrupadas en agregados densos llamados clusters, que pueden reorganizarse fácilmente y explorarse en el tiempo (Tiempo es un concepto desarrollado por los seres humanos para aprehender…) una amplia variedad de formas.

Ya se han dedicado varios trabajos teóricos y experimentos a estos cambios de forma inducidos por la temperatura. En un nuevo estudio, investigadores del Instituto (Un instituto es una organización permanente creada con un propósito determinado. Es…) luz (Luz es el conjunto de ondas electromagnéticas visibles al ojo… ) materia (Materia es el sustancia que compone cualquier cuerpo que tiene una realidad tangible. Su…) en Lyon (ILM, CNRS (El Centro Nacional de Investigaciones Científicas, más conocido por sus siglas CNRS, es el más grande.. .) / Univ. Claude Bernard ( Claude Bernard, nacido el 12 de julio de 1813 en Saint-Julien (Rhône) y fallecido el…) Lyon 1) plantea una pregunta original: ¿cuánto tiempo tarda un grupo de átomos en alcanzar una forma dada (En tecnologías de la información, un dato es una descripción elemental,…)? Sorprendentemente, descubrieron que en algunos casos hay una temperatura particular para la cual este tiempo es mínimo. Además, es posible optimizar la duración de este proceso de transformación hacia la forma deseada explotando hábilmente las fluctuaciones térmicas aplicando una fuerza que depende de la forma instantánea del cúmulo. Este trabajo se publica en la revista Physical Review Letters.

En su enfoque, los físicos se centraron en conjuntos simples y fáciles de observar, formados por unos pocos átomos o partículas unidas entre sí por interacciones atractivas (para partículas de tamaño coloidal, las interacciones atractivas se definen por su…) y esparcidas en una monocapa sobre un sustrato termalizado. Estos ensamblajes llamados cúmulos bidimensionales y sus reordenamientos espontáneos debidos a la agitación térmica se observan comúnmente en muchos campos de investigación (La investigación científica designa en primer lugar todas las acciones emprendidas con miras…): por ejemplo con átomos metálicos (tamaño del orden de una décima de nanómetro), nanopartículas (tamaño de algunos nanómetros a algunas decenas de nanómetros como los fullerenos), o incluso coloides (de tamaño micrométrico como el polen).

Una de las originalidades del estudio se basa en el hecho de haber atravesado campos científicos a priori poco conectados. De hecho, para encontrar la estrategia óptima para guiar los nanoobjetos hacia una forma elegida arbitrariamente, los autores combinaron la física estadística (la física estadística tiene como objetivo explicar el comportamiento y la evolución de los sistemas…) el no equilibrio con herramientas de simulación digital (A la información digital es información…) basada en la programación dinámica (inventada por el profesor Richard Bellman, la programación dinámica permite resolver en…) . Éste, muy utilizado en ingeniería (Ingeniería se refiere a todas las funciones que van desde el diseño y los estudios hasta…) y en matemáticas (La matemática es un campo de conocimiento abstracto construido a partir de…) aplicado, permite resolver un amplio variedad de problemas de optimización, incluyendo por ejemplo la gestión de presas en redes hidrológicas o el análisis de mercados financieros.

En este caso, la programación (La programación en el campo de la informática es el conjunto de actividades que permiten…) dinámica (La palabra dinámica se utiliza a menudo para designar o calificar lo relacionado con el movimiento. Es…) ha permitido a los investigadores reducir por varios órdenes de magnitud el tiempo promedio requerido para alcanzar una forma preseleccionada, particularmente en los casos de interés cuando la temperatura es baja y el grupo es lo suficientemente grande (típicamente una docena de partículas).

En la época (La hora es una unidad de medida del tiempo. La palabra también designa el tamaño…) donde las nanotecnologías son cada vez más utilizadas en la industria, este trabajo podría ayudar en el diseño de objetos de tamaño nanométrico, una escala donde manipular la materia es delicada, y abre así el camino a aplicaciones concretas.

Referencia:
Control de la forma de pequeños cúmulos con y sin campos macroscópicos
F. Boccardo, O. Pierre-Louis, Phys. Rvdo. Lett., 128, 256102 – Publicado el 22 de junio de 2022.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.256102
Archivos abiertos: arXiv

contactos:
– Olivier Pierre-Louis – Investigador (Un investigador (fem. investigador) se refiere a una persona cuyo trabajo es investigar…) CNRS, Institut lumièreMATITE – livier.pierre-louis at univ-lyon1.fr
– Comunicación (La comunicación concierne tanto a los humanos (intrapsíquica, comunicación interpersonal, etc.) INP – inp.com at cnrs.fr

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