Самосборные суперрешетки формируют молекулярные машины с шарнирами и шестеренками

Объединенное компьютерное и экспериментальное исследование самосборных структур на основе серебра, известных как суперрешетки, выявило необычное и неожиданное поведение: множества похожих на шестеренки механизмов молекулярного размера, которые вращаются в унисон в ответ на приложенное давление.

Компьютерные и экспериментальные исследования показывают, что суперрешетки, самособирающиеся из более мелких групп серебряных наночастиц и органических защитных молекул, формируют слои с водородными связями между компонентами, служащими осями для совершения вращения. Движение «механизмов» связано с еще одним необычным свойством материала: увеличенное давление на суперрешетку смягчает его, позволяя производить последующее сжатие со значительно меньшей приложенной силой.

Материалы, содержащие шестеренкоподобные наночастицы — каждая состоит почти из 500 атомов — могли бы быть полезными для молекулярных переключателей, датчиков и даже поглощения энергии. Сложная структура суперрешетки находится среди крупнейших твердых тел, размеченных подробно с помощью рентгенной и компьютерной технологии.

«В процессе сжатия материал становится все мягче и мягче, пока внезапно не испытывает драматические изменения», сообщил профессор Юзи Лендман из технологического института Джорджии. „Когда мы смотрим на ориентацию микроскопической структуры кристалла в области данного перехода, то замечаем нечто весьма необычное. Структуры начинают вращаться относительно друг друга, формируя молекулярный механизм с одними из наименьших движущихся элементов, когда-либо наблюдаемых экспериментально“.

Шестеренки вращаются на 23 градуса, и затем возвращаются в первоначальное состояние под давлением. Шестеренки в чередующихся слоях вращаются в противоположных направлениях.

Результаты опубликованы в издании Nature Materials.