Znajdź zawartość

Czy możliwe jest, żeby kopnięta sterta cegieł poukładała się sama, tworząc chodnik? Nie bardzo. Jeszcze mniej prawdopodobne jest, żeby cegły same utworzyły budynek. Tymczasem w skali nano jest to możliwe i uczyniono pierwszy krok ku takiej technologii. Cząsteczki chemiczne mają tę przewagę nad cegłami, że same się łączą w różne struktury. Trudno jednak zmusić je do tworzenia struktur takich, jakie byśmy chcieli. W dwóch wymiarach takie sztuczki już się udawały: kiedy w cienką warstwę jakiejś substancji wrzucamy odpowiednio dobraną cząsteczkę „gościnną", cząsteczki samorzutnie zorganizują się wokół takiego wtrącenia. Takie struktury jednak pozostawały zawsze dwuwymiarowe, a w nanotechnologii chcemy tworzyć struktury trójwymiarowe. Naukowcy z brytyjskiego University of Nottingham po czterech latach badań jako pierwsi osiągnęli przełom, zmuszając cząsteczki do samorzutnej organizacji w struktury trójwymiarowe. Udało im się to osiągnąć, pokrywając powierzchnię jednocząsteczkową warstwą molekuł kwasu tetrakarboksylowego i wrzucając w nią cząsteczki fulerenu C60(tzw. buckyball, sferyczna, pusta w środku cząsteczka złożona z 60 atomów węgla). Cząsteczki kwasu automatycznie organizują się wokół boków kulistego fulerenu. To sposób na tworzenie dodatkowych warstw cząsteczek i znaczący krok w kierunku samoorganizujących się nanostruktur. Nie jest to pierwsze osiągnięcie profesora Neila Champnessa i jego zespołu. Wcześniej odkryli oni, jak wykorzystać wiązania wodorowe do łączenia cząstek DNA w molekularne struktury, a niedawno opublikowali studium opisujące, jak nieregularne cząsteczki są adsorbowane na strukturach powierzchniowych. Studium na temat tworzenia trójwymiarowych, samoorganizujących się struktur ukazało się w prestiżowym periodyku Nature Chemistry.

Całkiem niedawno odnaleziono w przestrzeni kosmicznej substancje organiczne, teraz dzięki teleskopowi Spitzera odnaleziono w kosmosie fulereny - wielkie cząsteczki węgla, które człowiek stworzył w laboratorium w latach osiemdziesiątych. Fulereny - nazwane tak na cześć architekta Richarda Buckminstera Fullera - to olbrzymie molekuły węgla, złożone z kilkudziesięciu lub nawet kilkuset atomów węgla, tworzące specyficzną, pustą w środku klatkę. Ich budowa daje im niezwykłe właściwości fizyczne i chemiczne. Podstawowy, najprostszy fuleren, zbudowany z 60 atomów węgla (C60) przypomina wyglądem klasyczną piłkę futbolową lub skonstruowaną przez Fullera kopułę. Istnienie takich cząstek w przestrzeni kosmicznej przewidywano już w latach siedemdziesiątych. W laboratorium otrzymano je właśnie przez symulację warunków panujących w gwiazdach. Jednak mimo dość powszechnego wytwarzania ich w sposób sztuczny, poszukiwania ich obecności w okolicach wygasłych gwiazd nie dawały jednoznacznych rezultatów. Na ziemi można je znaleźć na przykład w kopciu świecy lub meteorytach. Kosmiczne fulereny przypadkowo zidentyfikował Jan Cami, astronom z Uniwersytetu Zachodniego Ontario (University of Western Ontario) w Kanadzie. Spektroskopowe sygnatury odpowiadające fulerenom C60 i C70 znaleziono w mgławicy planetarnej Tc1, dzięki obserwacjom w podczerwieni przeprowadzonym przez teleskop Spitzera. Mgławice powstają z materii odrzuconej przez ginącą gwiazdę. Obecność w niej fulerenów może świadczyć o krótkim życiu gwiazdy, która dała jej początek. Obserwowane cząstki mają temperaturę pokojową, co sprzyja obserwacjom w podczerwieni. C60 i C70 (przypominający piłkę do rugby) są obecnie największymi molekułami, jakie odkryto w przestrzeni kosmicznej.

Poszukiwanie nadprzewodników pracujących w jak najwyższych temperaturach to olbrzymia gałąź nauki. Marzeniem każdego badacza na tym polu jest wynalezienie materiału oferującego nadprzewodnictwo w temperaturze pokojowej, zamiast w ultraniskich temperaturach. Jednak każdy stopień wyżej to już sukces technologiczny, pozwalający potencjalnie obniżyć koszty funkcjonowania wielu urządzeń. A także, oczywiście, przybliżający nas do zrozumienia tego zjawiska. Odkrycie dokonane przez naukowców z uniwersytetów w Liverpoolu i Durham można chyba określić jako prawdziwy przełom. Otwiera ono drzwi do całkiem nowego podejścia. Cudownym środkiem był znów pierwiastek, który od parunastu lat rewolucjonizuje kolejne dziedziny technologii: węgiel. A dokładnie: fulereny, czyli stworzone z atomów węgla mikroskopijne sfery. Przy wykorzystaniu infrastruktury Europejskiego Ośrodka Synchrotronu Atomowego w Grenoble, a dokładniej urządzeń ISIS oraz Diamond z Rutherford Appleton Laboratory (RAL) stworzyli oni hybrydowy materiał złożony z atomów metali oraz najprostszych fulerenowych kulek C60 (złożonych z sześćdziesięciu atomów węgla, pierwszych, jakie odkryto i najpowszechniejszych). Stworzony materiał ścisnęli, powodując zmiany jego struktury, uzyskując jego nadprzewodnictwo w wysokiej temperaturze. Jak mówi dr Peter Baker, naukowiec operujący urządzeniem ISIS: odkrycie pozwala domniemać, że istnieje pewien ogólny trend w wysokotemperaturowych nadprzewodnikach. To wielki krok naprzód w w zrozumieniu podstaw działania nadprzewodników. Wiedza, jak właściwie funkcjonuje nadprzewodnictwo pozwoliłoby takie materiały tworzyć łatwiej, nadając im określone, pożądane przez nas właściwości. To otwarcie drzwi do nowych zastosowań i bezstratnego przesyłania energii. Przykładowe zastosowanie wynalazku to możliwość udoskonalenia konstrukcji aparatury do funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (MRI). Taki aparat zawiera olbrzymi magnes, który dla zachowania nadprzewodnictwa musi być zanurzony w ciekłym helu, który utrzymuje temperaturę -270 stopni Celsjusza. Możliwość zrezygnowania z drogiego i kłopotliwego chłodzenia bardzo obniżyłaby koszty i zwiększyła dostępność tej diagnostyki. Ważną zaletą odkrycia, co podkreślają autorzy odkrycia Matthew Rosseinsky i Kosmas Prassides, jest możliwość łatwych prac nad różnymi wersjami nowego materiału. Eksperymentowanie z różnymi metalami i związkami metali, różnymi wersjami fulerenów, ciśnieniem i innymi parametrami być może pozwoli nie tylko odkryć lepsze materiały, ale zrozumieć: jak i dlaczego to właściwie działa.