Sığırcıkların eşsiz uyumu veya bir balık sürüsü gibi, bazı şekiller, yol gösterici bir zihin veya en azından canlı gibi görünen bir şekilde dağınıklıktan desenler yaratabilir. Bunu mümkün kılan özellikler hakkında hala büyük bilgi boşlukları var, ancak iki bilim adamı, hedeflenen keşifler yoluyla, daha önce hiç gözlemlenmemiş kristaller halinde kendi kendine birleşen bileşenleri belirlemek için yeterince ilerleme kaydetti.
Moleküler yapı taşlarının kendi kendine bir araya gelme yeteneği son derece yararlı olabilir, ancak yine de daha çok şans eseri veya deneme yanılma yoluyla keşfedilir. Yüksek lisans öğrencisi Hillary Peng ve danışmanı Dr. Cornell Üniversitesi’nden Yulia Dzhemukhadze, simülasyonlardaki şekillerin “etkileşim potansiyelini” belirleyerek ve ardından kristalleri oluşturacak şekilde bir araya gelip gelmediklerini görmek için özellikleri değiştirerek bunu değiştirmek için yola çıktı. Yeni bir yayında, çalışmanın daha önce bilinmeyen 20 kristal yapıyı ortaya çıkardığını duyururlar. Araştırmada bilim metotları ile elde edilen çarpıcı veriler de paylaşıldı.
Pan ve Dzhemukhadze, “Kendini bir araya getiren kristallerin tasarımı için, hangi yapıların mümkün olduğunu ve parçacıklar arasındaki hangi etkileşimlerin bu yapıyı oluşturduğunu bilmek önemlidir” diye yazıyor. Bu özelliklerden bazıları tanımlanmıştır. Küresel şekilleri kapsayan iyi koordine edilmiş yapılar oluşturan çekici bir çöküntü ile birleştirilmiş moleküller arasındaki keskin bir itici etkileşimi gösterirler. Bununla birlikte, uzun menzilli moleküler yük etkileşimlerinin nasıl çalıştığına dair anlayışımız yetersiz kalıyor. Sonuç olarak, bazı yapılar beklenmedik bir şekilde oluşur. Yazarlar, atomları veya molekülleri kapsül haline getirebilen içi boş iskelelerin oluşumuyla ilgileniyorlar. Bir örnek, zeolitler, bu sert kristallerdeki radyoaktif izotoplarla, bozunan fraksiyona dayalı olarak kayaların yaşını belirlememize izin veren erken Dünya hakkında ana bilgi kaynağımızdı.
Yakın zamanlarda, kendi kendine birleşen gözenekli yapıların başka bir kategorisi olan metal oksit çerçeveler (MOF’ler), büyük miktarlarda gazları ve kirleticileri tutma ve depolama yetenekleri nedeniyle ilgi çekmiştir. Kendi kendine birleşen molekülleri hedeflenen tespit yoluyla belirleme yeteneği, bizi diğer potansiyel uygulamalara yönlendirebilir. Pan ve Dzhemukhadze, iki ortak türden yedi enerji potansiyelinden oluşan bir molekülü modelleyerek işe başladılar.
Daha sonra bu sanal parçacıkların her birinin bir yönüne ince ayar yaptılar ve yaratımlarının nasıl etkileşime gireceğini modelleyerek, kristalleri tanımlayan son derece düzenli yapılar halinde birleşecek olanları aradılar. Fiziksel kopyalar yapmak her zaman kolay olmayacaktır. Çift, bazılarının “atomik düzeyde nadir bulunan yerel ortamlara sahip olduğunu” kabul ediyor.
Temel olarak, simülasyonun kendisinde hangi yeni kristal yapı konfigürasyonlarını bir araya getirebileceğimizi bulmaya çalışıyorduk, “dedi Pan yaptığı açıklamada. “En heyecan verici olanı, daha önce herhangi bir kristal yapı veri tabanında listelenmemiş yeni yapılar keşfetmemizdi; Bu parçacıklar aslında daha önce kimsenin görmediği bir şeyin içine giriyor.”
Kendi kendine birleşen formlar, bazı özellikle yararlı kristallerle ilişkili düşük parçacık koordinasyonu ile koordinasyon sayıları ile ölçülür. Koordinasyonu düşük olan yapılar oldukça yönlü bir geometriye sahiptir. Pan ve Dzhemukhadze’nin aramalarında tamamen rastgele etkileşimler kullanmasına rağmen, belirlenen kristallerin 14’ü düşük koordinasyon sayılarına sahip.
Orijinal kristalde yapılabilecek çok çeşitli değişiklikler göz önüne alındığında parçacıklar, çalışma potansiyel yapıların yalnızca küçük bir bölümünü yakalıyor.
Bu yazı ACS Nano adresinden derlenmiştir.