Quando pensiamo all’oro, ci vengono subito in mente gioielli o lingotti, simboli di ricchezza e bellezza. Ma se si guarda al livello atomico, questo metallo prezioso si rivela molto più affascinante: la sua struttura può assumere forme inattese e comportamenti che catturano l’interesse dei fisici.
Un gruppo di ricercatori dell’Università di Tokyo è riuscito a fotografare i primissimi istanti della crescita dei nanocluster d’oro, aggregati composti da poche decine di atomi. È un obiettivo inseguito da anni dalla comunità scientifica, poiché proprio in quella fase iniziale si nasconde il segreto di come gli atomi si organizzano per formare strutture più stabili.
Per ottenere questo risultato, il team ha deciso di rallentare artificialmente il processo di crescita, modificando le condizioni della reazione. Questo stratagemma ha permesso di “congelare” i cluster ancora acerbi, prima che si trasformassero in configurazioni note. Una volta catturati, i ricercatori hanno utilizzato la diffrazione a raggi X su singolo cristallo per ricostruire la posizione di ogni atomo con precisione.
La sorpresa è stata enorme: invece di assumere la consueta forma quasi sferica, gli atomi si sono disposti in strutture sottili ed allungate, simili ad aghi, che gli scienziati hanno ribattezzato “quantum needles”, ovvero aghi quantistici.
Queste formazioni non crescono in modo uniforme, ma si sviluppano più velocemente in alcune direzioni, assemblandosi attraverso unità di tre o quattro atomi d’oro. Il loro comportamento non è meno sorprendente della forma. All’interno degli aghi, gli elettroni possono occupare solo determinati livelli energetici, una caratteristica tipica dei fenomeni quantistici. Questo li rende particolarmente sensibili alla luce nel vicino infrarosso, un dettaglio che potrebbe avere applicazioni concrete in futuro: dall’imaging biomedico ad alta precisione fino a dispositivi in grado di convertire la luce in energia in maniera più efficiente.
Il significato della scoperta non si limita al fascino estetico di questa nuova geometria. Per la prima volta, gli scienziati hanno potuto osservare passo dopo passo il processo di autoassemblaggio di un nanocluster, una fase finora considerata una “scatola nera”. Comprendere queste dinamiche potrebbe aprire la strada alla produzione controllata di nanostrutture con forme e proprietà su misura, invece che affidarsi al caso.
Naturalmente, restano sfide da affrontare. Riprodurre gli aghi d’oro in grandi quantità e integrarli in dispositivi reali richiederà ulteriori esperimenti e ottimizzazioni. Ma il team giapponese è già al lavoro per affinare le tecniche di sintesi e verificare se lo stesso approccio possa portare alla nascita di forme insolite non solo dell’oro, ma anche di altri metalli. Per chi volesse approfondire, lo studio è stato pubblicato sul Journal of the American Chemical Society
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