Fysici laten margrieten groeien in een vloeistof en op micrometerschaal

Van opzij gezien lijkt het Saturnus, met een ring van kleine bolletjes. Van bovenaf bekeken is het een margriet, zeggen de onderzoekers. Met minuscule blaadjes (1 micrometer in diameter) en een klein hart (2,7 micrometer). Uit de kleine bloemetjes knutselden de onderzoekers, van de Duke University en het Massachusetts Institute of Technology in de Verenigde Staten, ingewikkelder bloemen. Met een hart van bijna 10 micrometer in diameter en met de kleinere margrieten als blaadjes. Het is volgens hen de eerste keer dat in een oplossing structuren met drie verschillende bouwstenen zijn gemaakt (Nature, 19 februari).

De vorming van zulke complexe structuren is interessant omdat het tot materialen kan leiden met bijzondere optische eigenschappen, schrijven zij in hun artikel. En omdat het inzicht geeft in de manier waarop structuren soms spontaan ontstaan.

De assemblage van de bloemen speelde zich af in een colloïdale suspensie – een oplossing waarin kleine deeltjes zweven (colloïden), de latere bouwstenen van de bloemetjes. Eerder was het al gelukt om eenvoudiger structuren te maken met behulp van Van derWaalskrachten tussen de colloïden of van hun elektrische ladingsverdelingen. Dit keer gebruikten de onderzoekers magnetisme.

Hun colloïdale oplossing was een ferrovloeistof – dat wil zeggen dat de colloïden zweefden in een oplossing van water en ijzerhoudende deeltjes (Fe3O4).

Door een uitwendig magneetveld aan te leggen, raakte deze ferrovloeistof gemagnetiseerd. Het gedrag van de colloïden hing daarna af van hun eigen magnetisatie. Waren het paramagnetische deeltjes, dan richtten zij zich als kompasnaalden naar het veld van de omringende vloeistof. Waren het weinig of niet-magnetische deeltjes, dan gedroegen ze zich als kompasnaalden die juist in tegengestelde richting draaien (diamagnetisch).

In zulke oplossingen, schrijven de onderzoekers, trekken de tegengesteld gerichte deeltjes elkaar aan, met een ringstructuur (Saturnus of margriet) als resultaat.

Wanneer het uitwendig magneetveld verdwijnt, vallen die structuren weer uit elkaar, maar de onderzoekers slaagden erin ze te fixeren en te drogen. Dat opent de mogelijkheid om de complexe structuren te gebruiken als bouwstenen in bijvoorbeeld optische toepassingen.

Met hun methode, schrijven zij, is een grote rijkdom aan configuraties te maken, afhankelijk van de grootte, de aard en de magnetisatie van de gekozen colloïden.

Zij verwachten ook dat fijnere structuren gemaakt kunnen worden. Want in principe is het mogelijk zelfs deeltjes met een diameter van 200 nanometer te assembleren tot superstructuren.

Margriet van der Heijden