Омские ученые собрали «лестницу дьявола»

Ученые из Омска заставили одиночные звенья полимерных молекул самостоятельно объединяться в двумерные нанообъекты, которые физики называют «лестницей дьявола». Из них можно собирать структуры любой формы и размеров, пишет «РИА Новости» со ссылкой на статью, опубликованную в американском научном журнале Physical Review B, публикующем аспекты теоретических и экспериментальных исследований в области физики.

Разработчиками инструмента являются преподаватели кафедры «Химическая технология и биотехнология» нефтехимического института ОмГТУ: Сергей Акименко,  Павел Стишенко, Александр Мышлявцев и Василий Фефелов.

«Мы разработали инструментарий, который позволяет исследовать процессы самосборки на компьютере, не проводя сложные, долгие и дорогие эксперименты. Меняя всего один параметр, давление, мы можем получать разные фазы вещества», — цитирует Стишенко пресс-служба Российского научного фонда.

Феномен самосборки присутствует в живой и неживой природе, когда многие сложные объекты, как например собирающие себя спирали РНК, ДНК или копирующие себя белки-прионы, возникли не в результате каких-то осмысленных действий отдельных компонентов клетки или стихий, а благодаря феномену самоорганизации и самосборки. Об этих явлениях ученые знают давно и пытаются использовать эти свойства для создания наноматериалов. Но принципы, которые управляют этими процессами, до конца не понятны, поэтому ученые вынуждены проводить большое количество экспериментов, которые стоят дорого.

Омские физики, чтобы не тратить время и деньги, придумали использовать в качестве основы для таких самособирающихся структур физический феномен под названием «лестница дьявола». Это явление в математике, химии и физике понимается как структура, имеющая конечную длину, но бесконечное число «ступенек» — устойчивых комбинаций полимерных нитей, в которые может объединяться большое, но не бесконечное число молекул. 

Команда омских ученых выяснила, что «лестницу» можно создать, используя одиночные звенья полимерных молекул, объединенные в пары и прикрепленные к шестиугольной решетке, похожей строению на лист графена.

Физики выявили, что молекулы полимера могут прикрепляться к этим «сотам» либо горизонтально, либо вертикально, в результате чего образуются треугольники разных размеров и формы. Благодаря этому существует бесконечное число способов покрыть ими поверхность листа, что и создает «лестницу дьявола».

Компьютерная  модель, созданная учеными из Омска, помогла установить, что подобные комбинации будут работать не только в условиях абсолютного нуля, но и при повышении температуры, а процессом самосборки можно управлять, изменяя давление газа.

Другими словами, ученые нашли способ делать треугольные «кирпичи», из которых в будущем можно выполнить что угодно и в любых количествах.