El grafeno es un material maravilloso ganador del Premio Nobel por su resistencia, flexibilidad, transparencia y conductividad. Los científicos de materiales quieren crear un material mágico y luego descubrir cómo hacerlo, en lugar de esperar un descubrimiento inesperado. Lo que el equipo llama "alquimia digital" es un enfoque "inverso" para diseñar materiales: trabajar hacia atrás a partir de las características previstas. "Esto realmente nos permite centrarnos en los hallazgos y aprovechar lo que sabemos", dijo Greg van Anders, autor correspondiente del artículo de investigación y profesor asistente de física en la Universidad de Queen en Kingston, Ontario, para encontrar un punto de partida para la construcción. este material.
Un sistema de partículas es más libre si las partículas están organizadas en una estructura cristalina. Las leyes de la física son las que son y las partículas tienen que obedecerlas. Dependiendo de la forma, los investigadores mostraron cómo obtener una variedad de cristales interesantes: algunos se parecen a cristales de sal o redes atómicas en metales, y otros son claramente nuevos (como "cuasicristales" sin patrones repetidos). En el pasado, esto se lograba normalmente seleccionando una forma y simulando el cristal a partir del cual se formaba. Fueron necesarios varios años de investigación para descubrir las reglas de diseño que permiten que partículas de formas específicas formen cristales específicos. Ahora, está volteado para poder insertar una estructura cristalina en el nuevo programa.
Esto da la forma de la partícula que se va a construir cambiando la pregunta de "¿Qué tipo de cristal producirá esta forma?" a "¿Esta forma producirá mi cristal?" Se exploraron 6.543,8 mil millones de formas diferentes. En una computadora común, se pueden estudiar más tipos diferentes de partículas en un solo día de lo que se informó en la última década. El software se utiliza para identificar formas de partículas para construir cuatro redes comunes (cúbica simple, cúbica centrada en el cuerpo, cúbica centrada en las caras y diamante) y dos redes más complejas (manganeso y tungsteno). Para completar este trabajo, experimentamos con una red desconocida en la naturaleza diseñada por los investigadores: una variante del cristal llamada "empaquetada hexagonalmente".
El equipo anticipa que los nanocientíficos experimentales podrán crear estos cristales haciendo un lote de partículas con la forma correcta y agregándolas a un líquido. En los líquidos, las nanopartículas se ensamblan solas. Mientras permanezcan restringidos, mantendrán esta estructura. Esto podría conducir a mejoras en el color de las estructuras artificiales, de forma muy parecida a como las alas de las mariposas producen colores brillantes al interactuar con la luz. A diferencia de los pigmentos, el color estructural no se desvanece y el color también se puede activar y desactivar mediante un mecanismo que impide que las partículas formen cristales o les deja espacio para romper los cristales.