Új, geometriai ötleten alapuló megoldást javasolnak az egyrétegű anyagok szupramolekuláris mintázatának pontos feltérképezésére Konstantin S. Novoselov Nobel-díjas tudóssal közös tanulmányukban a BME és az ELKH kutatói.

Az elektronmikroszkópos képalkotás virtuális kiterjesztésének is tekinthető módszernek az anyagtudomány egyik leggyorsabban fejlődő területén, az intelligens anyagok fejlesztésében juthat szerep,

amelyektől nemcsak a rák gyógyításában, hanem mesterséges emberi sejtek és szövetek létrehozásában és az úgynevezett környezeti energiák hasznosításában is áttörést várnak.

A nemzetközi kutatócsoport eredményeiről beszámoló tanulmány a BME és az ELKH kutatóinak vezetésével a Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) című szakfolyóiratban kedden jelent meg.

A 21. század csodaanyagának tartott, a gyémántnál keményebb, a réznél jobb elektromos vezető, a guminál rugalmasabb grafén 2004-es megjelenése óta az anyagtudományi kutatás egyik legforróbb területe az egyrétegű anyagok fizikájának megértése, ugyanis ezeken keresztül vezet az út az úgynevezett intelligens anyagok fejlesztéséhez, amelyek forradalmasíthatják hétköznapjainkat is.

A grafén szerkezeti rajza

Az egyrétegű anyagok szerkezetének egyik kulcsfontosságú eleme a lényeges anyagszerkezeti tulajdonságokat hordozó úgynevezett szupramolekuláris mintázat. Az anyagszerkezet feltárásának jelenleg legerősebb képalkotó eszköze az akár 0,1 nanométeres (nm) felbontásra is képes pásztázó elektronmikroszkóp, bármennyire is fontos volna azonban a szupramolekuláris mintázatok pontos feltárása, ez sok esetben még ezzel a rendkívüli felbontású berendezéssel sem valósítható meg.

A mintázat geometriája leírásának egyik fő része ugyanis a molekulák közötti kötések pontos feltérképezése, amelyek megjelenítésére a mikroszkópos képek gyakran nem alkalmasak.

Képalkotó eljárás hiányában az anyagkutatók rendkívül idő- és költségigényes, részben mesterséges intelligencián alapuló szuperszámítógépes szimulációkkal próbálják megismerni a szupramolekuláris mintázatok geometriáját. E téren hozhat jelentős fordulatot a most megjelent tanulmány, amelynek vezető szerzője Regős Krisztina, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (BME) Morfológia és Geometriai Modellezés Tanszékének elsőéves doktoranduszhallgatója.

A Bázeli Egyetemen működő pásztázó elektronmikroszkóp (Forrás: Bázeli Egyetem)

A publikáció elkészítésében a Bázeli Egyetem, valamint a Berni Egyetem kutatói mellett Domokos Gábor, az ELKH-BME Szilárd Testek Morfodinamikája Kutatócsoport vezetője, a BME Morfológia és Geometriai Modellezés Tanszékének kutatóprofesszora, a Gömböc egyik feltalálója, továbbá a grafénnal kapcsolatos kutatásaiért 2010-ben fizikai Nobel-díjjal kitüntetetett Konstantin S. Novoselov professzor is részt vett.

Balra: pásztázó elektronmikroszkópos felvétel a 2,7-pyrenedione molekula (jobb oldali kép) által létrehozott két eltérő szupramolekuláris mintázatról (Forrás: Bázeli Egyetem)

A tanulmány alapötlete, hogy a vizsgált szupramolekuláris mintázatokat mint térkitöltő geometriai mozaikokat több léptékben értelmezi. A kutatók tisztán geometriai eszközökkel becslést adtak a molekulák közötti kötések által kirajzolt mintázat elektronmikroszkóppal nem látható, anyagtudományi szempontból azonban kulcsfontosságú geometriai tulajdonságaira.

A becslést leíró képlet bemenő adatai a mikroszkópos képeken látható mintázat geometriáját, valamint a mintázatot alkotó molekula geometriai és kémiai tulajdonságait hordozzák. Szintén matematikai eszközökkel bebizonyították, hogy becsléseik élesek, tehát tovább nem javíthatók.

Ezt kísérletekkel is igazolták, melyek során a módszerrel adott teljes becsült tartományban észleltek mintázatokat.

Az elektronmikroszkópos képalkotás virtuális kiterjesztésének is tekinthető becslések segítségével az anyagkutatók gyorsan és egyszerűen nyerhetnek információt a szupramolekuláris mintázatokról. A jelen cikk kizárólag hidrogénkötésekkel foglalkozik, de az elmélet elvben más, ennél összetettebb kötéstípusokra is kiterjeszthető.

Ezek is érdekelhetnek:

Figyelmeztetést adott ki az FBI, hogy hol ne töltsd a telefonodat

Tény, hogy a lehetőség kecsegtető, de veszélyes is.

(Forrás: ELKH)

Támogatott és ajánlott tartalmaink

Megfigyelték, ahogy két állat egyetlen élőlénnyé olvad össze

Papírlapként gyűrögeti az ezerkettes Ladát ez a 32 colos mélynyomó

3 milliárd évnyi evolúció ment a kukákba az emberiség miatt

További cikkeink a témában