تصميم مادة شبه بلّورية ذات عشرين وجهًا بواسطة الربط الاتجاهي

تتسم أشباه البلورات ذات العشرين وجهًا بترتيب طويل المدى، لكنها تفتقر إلى الانتظام الدوري في أي اتجاه. وصحيحٌ أنَّ أشباه البلّورات ذات العشرين وجهًا كانت أولى أشباه البلورات التي أفاد الباحثون بوجودها، إلا أنها لم تُرصَد بالتجربة إلا في سبائك فلزية، دون غيرها من المواد. وعلى عكس ذلك، عُثِر على أشباه بلورات ذات تناظرات أخرى (وبالأخص، تلك المؤلَّفة من اثني عشر وجهًا) في العديد من أنظمة المواد اللينة.

وفي هذا البحث المنشور، توصَّل الباحثون إلى فئة من أشباه البلورات ذات العشرين وجهًا، مُنشؤها جسيمات غروية نموذجية ذات أنماط متباينة الخواص. ويُمكن الحصول على هذه الفئة تجريبيًّا باستخدام جسيمات أوريجامي الحمض النووي. ومن خلال استراتيجية التصميم المنطقي التي اتَّبعها الباحثون، أمكن تحضير أنظمة تتجمَّع تجمعًا قويًّا في عمليات محاكاة، مكوِّنةً مادة شبه بلورية ذات عشرين وجهًا عبر الربط الاتجاهي. ويتجلَّى ذلك في حالة تصميم أشباه البلورات ذات العشرين وجهًا، التي تحمل جسيمات عند مراكز مكعبات خلايا الوحدة، وكذلك عندما تحمل جسيمات عن أركان المكعبات فقط، علمًا بأن أبسط الأنظمة تحوي نوعين فقط من الجسيمات. أما السمة الرئيسية لهذا التصميم الذي وضعه الباحثون، فتتمثل في آلية التفاعل بين الجسيمات، التي تتيح ظروفًا مواتية لانتقال شبكة عشرينية الأوجه من الروابط، مع أنَّ هذا يؤدي إلى عدم ربط العديد من الجسيمات ربطًا تامًّا.

يوفِّر النهج الذي يطرحه الباحثون في هذه الدراسة أنظمة نموذجية، يُمكن من خلالها استكشاف الفيزياء الأساسية لأشباه البلورات عشرينية الأوجه، كما يُتيح سبيلًا محتملًا لابتكار مواد شبه بلورية ذات فائدة وظيفية.

المصدر: https://www.nature.com/articles/s41586-021-03700-2