Autoensamblaje en Diseños Gobernados Por el Magnetismo

Unos investigadores de la Universidad Duke y de la Universidad de Massachusetts han dado con un conjunto único de condiciones bajo las cuales diminutas partículas dentro de una solución se ensamblan de manera predecible en numerosas formas complejas.

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Manipulando la magnetización de una solución líquida, los investigadores han inducido por primera vez a materiales magnéticos y no magnéticos a formar nanoestructuras intrincadas. Las estructuras resultantes pueden ser de tipo fijo, es decir que sus componentes pueden estar unidos permanentemente. Esto brinda la posibilidad de utilizar tales estructuras como bloques básicos de construcción para aplicaciones tan diversas como óptica avanzada, dispositivos de invisibilidad, almacenamiento de datos y bioingeniería.

La manera en que las partículas se atraen o repelen entre ellas se puede controlar cambiando los niveles de magnetización del fluido. Ajustando apropiadamente estas interacciones, las partículas magnéticas y no magnéticas se posicionan unas alrededor de las otras de un modo muy parecido a cómo un copo de nieve se forma alrededor de una partícula microscópica de polvo.

Randall Erb realizó estos experimentos junto a Hui Son, en el laboratorio de Benjamin Yellen, profesor de ingeniería mecánica y ciencia de los materiales y miembro principal del equipo de investigación.

Las nanoestructuras son formadas dentro de un líquido conocido como ferrofluido, el cual es una solución de suspensiones de nanopartículas constituidas por compuestos que contienen hierro. Una de las propiedades únicas de estos fluidos es que se vuelven muy magnetizados ante la presencia de campos magnéticos externos. Los ferrofluidos utilizados en estos experimentos fueron desarrollados junto con Bappaditya Samanta y Vincent Rotello en la Universidad de Massachusetts.

La clave del ensamblaje de estas nanoestructuras es ajustar las interacciones entre las partículas magnetizadas positiva y negativamente. Esto se logra variando las concentraciones de partículas del ferrofluido en la solución. Entre las primeras estructuras creadas durante estas demostraciones, cabe citar una que se parece a una flor, y otra que recuerda al planeta Saturno (con sus famosos anillos).

Los científicos han sido capaces desde hace tiempo de crear pequeñas estructuras compuestas de un solo tipo de partícula, pero nunca antes se había logrado hacer una demostración del ensamblaje de estructuras sofisticadas en soluciones que contienen múltiples tipos de partículas. La complejidad de estas nanoestructuras determina cómo pueden ser finalmente utilizadas.

Todo apunta a que cambiando el tamaño, tipo y/o el grado de magnetismo de las partículas, será posible obtener una muy amplia variedad de estructuras.

Los investigadores prevén el uso de estas nanoestructuras en dispositivos ópticos avanzados, tales como sensores, donde diferentes nanoestructuras podrían ser diseñadas para tener propiedades ópticas hechas a la medida. Anillos compuestos de partículas metálicas podrían también ser usados para diseños especiales de antenas, y quizás como uno de los componentes clave en la construcción de materiales que exhiban "magnetismo óptico" artificial y permeabilidad magnética negativa.