Tým z CEITEC navrhl nový způsob přípravy nanostruktur s unikátní geometrickou strukturou

Odbornou publikaci zabývající se způsobem přípravy nanostruktur s jedinečnou geometrickou strukturou, za kterou stojí tým docenta Jana Čechala z CEITEC VUT, vydal nedávno prestižní časopis Nature Communications. Odborníci z výzkumné skupiny Molekulární nanostruktury na površích v článku popsali chemickou transformaci molekulárního prekurzoru na povrchu stříbra. Takto získali směs strukturně podobných, ale chemicky různých molekul. Díky tomu mohli spojit dvě odlišné struktury do jedné komplexní. Podle Čechala podobné nanostruktury mohou mít velmi zajímavé vlastnosti, což je základ pro jejich možné aplikace. 

V uznávaném vědeckém časopise Nature Communications si mohli nedávno čtenáři přečíst o zajímavém objevu z laboratoří CEITEC VUT. Za publikací s anglickým názvem „Complex k-uniform tilings by a simple bitopic precursor self-assembled on Ag(001) surface“ stojí tým ve složení Lukáš Kormoš, Pavel Procházka, Anton O. Makoveev a Jan Čechal.

Podle Jana Čechala, vedoucího výzkumné skupiny Molekulární nanostruktury na površích, fascinovalo dělení plochy pomocí geometrických útvarů, například pravidelných mnohoúhelníků, lidstvo od nepaměti. „Můžeme nalézt mnoho památek zdobených mozaikami složenými z jednoduchých geometrických útvarů. Blízkým příkladem je neobvyklé dláždění podlahy poutního kostela sv. Jana Nepomuckého na Zelené Hoře složené z pětiúhelníků a kosočtverců. První rigorózní matematické zpracování dělení euklidovské roviny na pravidelné mnohoúhelníky, nebo také dlaždice či sítě, provedl Johannes Kepler ve své slavné práci Harmonices Mundi, Harmonie světa,“ říká Čechal. 

Tento soubor pěti knih představil matematický popis pohybu planet v  heliocentrickém systému. Takzvaný třetí Keplerův zákon. „Mnozí jeho následovníci byly překvapeni faktem, že významná část Harmonices Mundi byla věnována dělení roviny. V některých přepisech byly tyto části kráceny nebo dokonce vynechány. Zájem o dělení prostoru byl obnoven teprve ve 20. století, což je dobře popsáno ve vynikající knize Grünbauma a Shepharda,“ přibližuje Čechal. 

Dělení prostoru ale podle Čechala nepředstavuje pouze matematický koncept. Struktura materiálu definuje jeho vlastnosti. „K vytvoření uniformních sítí Molekulární fáze zobrazené rastrovacím tunelovým mikroskopem. Měřítko u všech obrázků je 2 nm. vyššího řádu, které představujeme v naší práci, byl využit princip takzvaného samouspořádávání, kdy se základní stavební prvky spontánně formují do složitějších, uspořádaných celků. V našem případě jsme využili jednoduchého tyčinkovitého molekulárního prekurzoru, a to kyseliny 4,4′-bifenyl dikarboxylové (BDA). Tato molekula nese dvě karboxylové skupiny na svých opačných koncích. Tyto zprostředkovávají mezimolekulární vazby a umožňují vznik rozsáhlých uspořádaných molekulárních struktur. Řízenou reakcí můžeme karboxylové skupiny dehydrogenovat, čímž se výrazně změní její vlastnosti. Molekuly BDA nesoucí dehydrogenované skupiny pak tvoří zcela odlišné molekulární nanostruktury. Pokud získáme směs molekul, která obsahuje jak původní a plně transformované, tak i částečně transformované molekuly, získáme nové molekulární struktury spojující oba vazebné motivy charakteristické pro jedno-molekulární fáze. Tyto jsou spojeny právě částečně transformovanými molekulami,“ popisuje Jan Čechal. 

Podle něj by jejich výzkum by nebyl možný bez využití komplexního UHV systému instalovaného v laboratořích CEITEC Nano. „S podporou projektů SINNCE, GAČR, CEITEC 2020, či CEITEC Nano+ tak mohl tým představit způsob, jak vytvořit komplexní supramolekulární uniformní sítě vyššího řádu. Naše výsledky pak ukazují cestu k budoucímu možnému využití jejich zajímavých vlastností,“ uzavírá Čechal.

Autor: Zuzana Pospíšilová
Zdroj: CEITEC