Przyroda pełna jest ciekawych struktur – czasami nie zauważamy piękna symetrii kwiatów polnych, ciekawostek ukształtowania terenu, kształtu chmur. Chociażby powszechnie występujące drzewa iglaste...
Przez wiele lat wydawało się niemożliwe matematyczne opisanie takich z pozoru chaotycznych struktur obserwowanych na co dzień. Bo jak ująć we wzory kształt linii brzegowej? Rozwiązanie przyszło w latach 50. XX wieku pod postacią narzędzia matematycznego nazwanego geometrią fraktalną. Mimo że pojęcie idealnego fraktala jest abstrakcją matematyczną, to w przyrodzie można znaleźć wiele obiektów wykazujących choćby częściowo cechy fraktali. Podstawową taką cechą jest samopodobieństwo – obiekt wygląda podobnie niezależnie od przyjętego powiększenia. Linia brzegowa jest właśnie fraktalem – patrząc na mapę widzimy poszarpaną krzywą, biorąc mapę w innej skali tak samo widzimy poszarpaną linię brzegu. Podobnie brzegi chmur, struktura liścia paproci, drzewa czy skłębione łańcuchy polimerowe... I tu dochodzimy do miejsca, gdzie kształty znane na co dzień zaczynają się pojawiać w nanoskali.
Grupa naukowców z University of Wisconsin-Madison, obserwując pod mikroskopem elektronowym przed chwilą otrzymane nanostruktury, odkryła ku swemu zdziwieniu, że są one geometrycznie podobne do struktury właśnie drzew iglastych. Przy pomocy metody CVD (chemical vapour deposition – chemicznie osadzanie struktur cienkowarstwowych z par wyjściowych związków) nanosili oni siarkę i chlorek ołowiu na podłoża krzemowe, wygrzewane do temperatury 650oC. Powstające nanodruty samoistnie układały się w obiekty fraktalne przypominające gałązki sosny czy świerku. Struktury takie nawet rosną w sposób podobny jak drzewa – najpierw wyrasta „pień”, od którego w miejscach dyslokacji (błędu ułożenia struktury) atomu siarki bądź ołowiu wyrastają „gałęzie”. Nie jest jeszcze do końca znany dokładny mechanizm tworzenia się tych obiektów – dr Jin współpracujący z amerykańskim uniwersytetem sugeruje, że szczątkowa obecność wodoru wymusza powstawanie takich „nanodrzew”.
Otrzymane w ten sposób struktury mają ciekawe własności elektronowe i elektryczne (bardzo dobrze przewodzą prąd). Z racji tego mogą znaleźć zastosowanie w różnego typu sensorach czy jako elementy ogniw słonecznych. Na ich bazie będzie można także wytwarzać inne nanomateriały.
Marcin Perzanowski
