Des scientifiques de l'Université de Technologie de Chalmers en Suède ont créé une plateforme optique simple utilisant des flocons d'or dans de l'eau salée pour visualiser les forces quantiques et électrostatiques à l'échelle nanométrique. Ces forces, décrites comme 'la glue invisible de la nature', lient de minuscules objets et pourraient informer des avancées en biosenseurs, médicaments et même la formation des galaxies. La technique révèle les interactions à travers des motifs de lumière colorés observés au microscope.
Des chercheurs de l'Université de Technologie de Chalmers ont dévoilé une méthode basée sur la lumière pour observer les forces subtiles qui régissent les interactions aux plus petites échelles. En suspendant des flocons d'or microscopiques dans une solution saline et en plaçant une goutte sur une plaque de verre recouverte d'or, les flocons sont attirés vers la surface mais s'arrêtent à des distances nanométriques, formant de petites cavités qui piègent la lumière et produisent des couleurs vives comme le rouge, le vert et l'or.
L'étudiante en doctorat Michaela Hošková, du Département de Physique, explique la configuration : « Ce que nous voyons est la façon dont les forces fondamentales de la nature interagissent entre elles. À travers ces petites cavités, nous pouvons maintenant mesurer et étudier les forces que nous appelons 'la glue de la nature' -- ce qui lie les objets aux plus petites échelles. Nous n'avons pas besoin d'intervenir dans ce qui se passe, nous observons simplement les mouvements naturels des flocons. »
La plateforme met en évidence l'équilibre entre l'effet Casimir, une force quantique qui attire les flocons plus près, et la répulsion électrostatique des particules chargées dans la solution saline. Les flocons d'or, d'environ 10 micromètres de taille, créent des cavités de 100-200 nanomètres, permettant l'auto-assemblage. En ajustant la salinité et en surveillant les changements de couleur via un spectromètre, les chercheurs quantifient ces forces.
Ce travail s'appuie sur quatre ans de recherche dans le groupe du professeur Timur Shegai, évoluant de la découverte de résonateurs de flocons d'or auto-assemblés. « La méthode nous permet d'étudier la charge de particules individuelles et les forces agissant entre elles. D'autres méthodes pour étudier ces forces nécessitent souvent des instruments sophistiqués qui ne peuvent pas fournir d'informations au niveau des particules, » note Shegai.
Les applications potentielles couvrent la physique, la chimie et la science des matériaux, offrant des insights sur la stabilité des particules dans les liquides pour les médicaments, les biosenseurs, les filtres à eau et les cosmétiques. Hošková ajoute : « Les forces à l'échelle nanométrique affectent la façon dont différents matériaux ou structures sont assemblés... nous pouvons obtenir des insights sur la façon dont les mêmes principes gouvernent la nature à des échelles beaucoup plus grandes, même la formation des galaxies. »
Les résultats paraissent dans les Proceedings of the National Academy of Sciences sous le titre « Casimir self-assembly: A platform for measuring nanoscale surface interactions in liquids », auteurs Hošková, Oleg V. Kotov, Betül Küçüköz, Catherine J. Murphy et Timur Shegai.