Struktury Turinga działają również w nanoświecie
W świecie pojedynczych atomów i cząsteczek mogą spontanicznie formować
się struktury Turinga – te same, które odpowiadają za nieregularne, lecz
przecież periodyczne kształty pasków na ciałach zebr. Pokazał to po raz
pierwszy polsko-duński zespół fizyków.Niezwykły kształt pasków na ciałach zebr nie biorą się znikąd. To utrwalone fronty reakcji chemicznych. Reakcje te zachodzą zgodnie z procesem po raz pierwszy opisanym przez wybitnego brytyjskiego matematyka Alana Turinga (jemu poświęcony jest teraz film "Gra tajemnic"). Struktury Turinga, w świecie chemii przejawiają się najczęściej w postaci periodycznych zmian stężeń substancji chemicznych. Dotychczas obserwowano je tylko w strukturach o rozmiarach mikrometrów i większych. Wydawało się, że w mniejszych skalach – w nanoświecie, w którym ruchami pojedynczych atomów i cząsteczek rządzą przypadkowe fluktuacje – struktury te nie mają prawa się spontanicznie formować. Poinformował o tym IChF PAN w przesłanym PAP komunikacie. Wyniki opublikowano w ubiegłym roku w czasopiśmie "The Journal of Chemical Physics".
Struktury Turinga występują w układach dynamicznych dalekich od stanu równowagi. W odpowiednich warunkach może wtedy dojść do sprzężenia: zachodzące reakcje chemiczne wpływają na stężenia własnych składników, co z kolei zmienia przebieg samych reakcji. Proces prowadzi do powstawania periodycznych, lecz niekoniecznie monotonnie regularnych struktur. W przyrodzie struktury te odgrywają ważną rolę, zwłaszcza w formowaniu się młodych organizmów (morfogenezie). Na przykład w początkowych fazach rozwoju zarodków kręgowców w ich mezodermie grzbietowej tak tworzą się periodyczne segmenty, somity, które później przekształcają się m.in. w kręgi, elementy kręgosłupa.
W symulowanych układach o rozmiarach nanometrowych, spontanicznie formowały się wyraźne i trwałe struktury – periodyczne zmiany gęstości cząsteczek, które pozostawały stabilne mimo destrukcyjnego działania fluktuacji. Okazało się, że jeden cykl zmiany stężeń w ramach struktury Turinga może się pojawić już na długości 20 cząsteczek.
Aby nanostruktury Turinga powstały, między substancjami chemicznymi musi dochodzić do reakcji chemicznych spełniających określone warunki. Wymóg ten poważnie redukuje liczbę związków mogących uczestniczyć w procesie i w konsekwencji mocno ogranicza potencjalne zastosowania. Jednak symulacje przeprowadzone przez polsko-duński zespół wskazują, że nanostruktury Turinga można dość łatwo przenieść na inne związki, nieuczestniczące bezpośrednio w głównej reakcji.
Możliwość formowania struktur Turinga na odległościach rzędu nanometrów otwiera drogę do ciekawych zastosowań, zwłaszcza w zakresie modyfikowania powierzchni materiałów. Umiejętnie dobierając skład chemiczny reagentów oraz warunki, w których do niej dochodzi, można byłoby formować struktury Turinga rozwijające się w dwóch wymiarach (na samej powierzchni materiału) lub w trzech (a więc także w przestrzeni przylegającej do powierzchni). Uformowane struktury można byłoby następnie utrwalić, np. za pomocą fotopolimeryzacji, otrzymując w ten sposób trwałą, rozbudowaną powierzchnię o złożonej, periodycznej budowie.
Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl
Tagi: struktura turninga, nanoskala, nanoswiat, kształt
wstecz Podziel się ze znajomymi
03-03-2023
Najdokładniejsze systemy satelitarnego transferu czasu
Nie zawsze zegar atomowy działa lepiej niż kwarcowy.
03-03-2023
Ponad połowa chorych z SARS-CoV2 cierpi na długi covid
Przez długi czas może mieć takie objawy jak zmęczenie.
03-03-2023
Uniwersytet Warszawski będzie kształcić kadry dla energetyki jądrowej
Przekazał Wydział Fizyki UW.
Recenzje