Молекулярная самосборка – непосредственный процесс, которым не может управлять непосредственно лабораторное оборудование, таким образом, этим нужно управлять косвенно. Это сделано, тщательно выбрав направление межмолекулярных взаимодействий, известных как «химический контроль», и тщательно выбрав температуру, при которой эти взаимодействия происходят, известные как «энтропический контроль».
Исследователи знают, что, когда энтропический контроль очень слаб, например, молекулы находятся под химическим контролем и собираются в направлении бесплатных сайтов, доступных для взаимодействия от молекулы к молекуле. С другой стороны, самосборка не происходит, когда энтропический контроль намного более силен, чем химический контроль, и молекулы остаются беспорядочно рассеянными.До сих пор для исследователей не было возможно предположить, какие виды структур будут следовать из молекулярной самосборки, когда энтропический контроль не будет ни слаб, ни силен по сравнению с химическим контролем.Пэквуд объединился с коллегами в Японии и США, чтобы разработать вычислительный метод, который позволяет им моделировать молекулярную самосборку на металлических поверхностях, отделяя эффекты химических и энтропических средств управления.
Этот новый вычислительный метод использует искусственный интеллект, чтобы моделировать, как молекулы ведут себя, когда помещено в металлическую поверхность. Определенно, метод «машинного обучения» используется, чтобы проанализировать базу данных межмолекулярных взаимодействий.
Этот метод машинного обучения строит модель, которая кодирует информацию, содержавшуюся в базе данных, и в свою очередь эта модель может предсказать результат молекулярного процесса самосборки с высокой точностью.Команда использовала этот метод, чтобы изучить самосборку трех различных молекул углеводорода, структуры которых варьируются по силе направления их межмолекулярных взаимодействий.
Другими словами, они изменили силу химического контроля, изменив молекулу при исследовании.В то время как более сильный химический контроль заставил молекулы собираться в структуры, имеющие форму цепи, эффекты более сильных энтропических средств управления, как находили, были более парадоксальными.
Например, они нашли, что усиливание энтропического контроля могло преобразовать большие, беспорядочные структуры в несколько маленьких, заказанных, структур, имеющих форму цепи. Они также показали, что формирование беспорядочных структур следует из слабого химического контроля, а не сильного энтропического контроля.
Эти предсказания, которые были проверены сравнениями с микроскопическими изображениями с высоким разрешением реальных молекул на металлических поверхностях, могут привести к которой управляют, крупномасштабной фальсификации крошечных электрических проводов и других наноматериалов для будущих устройств. Устройства, сделанные из наноматериалов, были бы значительно меньшего размера и более дешевыми, чем существующая электроника и будут иметь очень долгие времена работы от батареи из-за низкого потребления энергии.
«Длительной разработкой нашего кодекса и теории, мы ожидаем получать все больше и больше подробные правила для управления молекулярной самосборкой и помощи восходящему процессу фальсификации наноматериалов», исследователи завершают в их исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications.