カリフォルニア大学バークレー校の研究者が率いるチームは、これらのパイのような構造の自発的な形成の背後にある秘密を明らかにしました。 Nature Nanotechnology誌に掲載された彼らの研究は、このユニークな自己組織化の動作を駆動する分子相互作用とジオメトリの相互作用に光を当てています。
この組み立てプロセスの重要なプレーヤーは、フタロシアニン、特に銅フタロシアニン（CUPC）として知られる小さな有機分子です。これらの分子が溶媒に溶解してから基板に堆積すると、驚くべき変換を受け、高度に秩序化された「五角形の準結晶」に自己組織化されます。
これらの構造を非常に魅力的にしているのは、翻訳対称性のない長距離秩序を持つ材料のクラスである準結晶に似ていることです。言い換えれば、これらの構造内の分子は繰り返しパターンで配置されますが、従来の結晶のような定期的な定期的な方法では配置されていません。
このユニークな自己組織化の背後にある原動力を理解するために、研究者は実験技術と理論モデリングの組み合わせを採用しました。彼らの発見は、この挙動の原因となる分子相互作用が、CUPC分子間の魅力的で反発的な力の微妙なバランスを伴うことを示唆しています。
具体的には、フタロシアニンの剛性分子構造と、隣接する分子と水素結合を形成する傾向は、これらの高度に組織化されたパターンの形成に寄与します。これらの相互作用のバランスは、パイのスライスに似た5つの異なるドメインの出現をもたらします。
チームはまた、五角形の準結晶のサイズが、溶液中のCUPC分子の濃度を調整することで正確に制御できることを発見しました。この調整性は、調整された特性を備えた機能的ナノ材料とデバイスの製造のための刺激的な可能性を開きます。
CUPC分子の五角的準結晶への自発的な自己組織化は、複雑な分子相互作用が複雑で美しいナノスケールの構造を生み出す方法の顕著な例を提供します。この研究の結果は、基本的な自己組織化プロセスの理解を拡大するだけでなく、電子機器、光学系、その他の技術分野で潜在的な用途を持つ新しい材料の設計とエンジニアリングへの道を開いています。
