Investigadores de Cornell han descubierto nuevas estructuras cristalinas autoensamblables

Mediante un enfoque computacional específico, los investigadores de Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales En la Universidad de Cornell, encontró más de 20 nuevas estructuras de cristal autoensambladas, ninguna de las cuales había sido observada antes.

La imagen conceptual muestra varias formas posibles de interacción, representadas por tallos, que conducirán al autoensamblaje de nuevas estructuras cristalinas de baja coordinación, representadas por verticilos.

La investigación publicada en la revista ACS Nano se titula «Descubrimiento dirigido de estructuras cristalinas de baja coordinación a través de interacciones piezoeléctricasEscrito por la estudiante de doctorado Hilary Bunn y su asesor Julia DshemuchadseProfesor Asistente de Ciencia e Ingeniería de Materiales.

«Estábamos tratando principalmente de averiguar qué tipo de configuraciones de nuevas estructuras cristalinas podríamos autoensamblar en simulación», dijo Pan. «Lo más emocionante es que encontramos nuevas estructuras que no estaban incluidas previamente en ninguna base de datos de estructuras cristalinas; estas partículas en realidad se fusionan en algo que nadie había visto antes».

El equipo llevó a cabo una búsqueda específica de ensamblajes de baja coordinación previamente desconocidos dentro de un amplio espacio de parámetros abarcado por moléculas que interactúan a través de potenciales de pares isotrópicos, afirma el artículo. «Las estructuras de baja coordinación tienen entornos anisotrópicos locales, lo que significa que las geometrías son altamente direccionales, por lo que es sorprendente que podamos ver tipos tan diversos de estructuras utilizando interacciones puramente no direccionales», dijo Pan.

La baja coordinación de partículas es clave para las propiedades estructurales de las propiedades funcionales de muchos materiales tecnológicamente importantes, incluidas estructuras estructurales como estructuras organometálicas, clatratos y zeolitas, así como cristales fotónicos como el diamante.

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Los investigadores desarrollaron una nueva forma funcional de interacciones de partículas en la que todas las características se pueden ajustar de forma independiente. Al cambiar sistemáticamente pares de parámetros en la simulación, los investigadores pudieron controlar diferentes características del paisaje de interacción de partículas. Aunque la investigación se limitó a una pequeña región del amplio espacio de parámetros de posibles interacciones de partículas, el documento afirma que es evidente una gran complejidad y simetría dentro de estas estructuras cristalinas, que incluyen clatratos con jaulas vacías y estructuras de baja simetría, que también no se había observado previamente en simulaciones.

El trabajo demuestra que se pueden desarrollar estructuras complejas a partir de interacciones simples y agrega nuevas estructuras teóricas a otras que trabajan en el campo. El diseño de potencial de interacción flexible e intuitivo del equipo es un paso importante hacia la caracterización de las interacciones de partículas que conducen a propiedades estructurales particulares y es útil para generar reglas sintéticas para crear estructuras de destino.

Los resultados del equipo indican la posibilidad de configuraciones ilimitadas de materiales nuevos y exóticos a través del autoensamblaje controlado. «Esta es la primera vez que medimos la relación de este par isotrópico con las estructuras cristalinas resultantes», dijo Dshemuchadse. «Estas nuevas estructuras cristalinas ahora pueden servir como objetivos de diseño para los investigadores que fabrican nanopartículas y coloides».

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