Исследователи из Национального Университета Северной Каролины и Национального Института Стандартов и Технологий в США исследовали временную эволюцию фронта самосборки слоя молекул на подложке.

Учёные исследовали процесс самосборки молекул органосиланов в тонкую плёнку. Изначально молекулы помещались на один из краёв кремниевой пластинки. При определённых условиях начинался процесс спонтанной самосборки молекул в упорядоченный слой, продвигающийся волнами от края пластинки внутрь и, в конце концов, покрывающий её целиком.

Пронаблюдав за процессом методом синхротронной рентгенографии высокого разрешения и проведя компьютерное моделирование, группа пришла к выводу, что распространение «волнового фронта» не следовало предсказаниям классической теории среднего поля, описывающей реакционно-диффузионные процессы. В действительности, имело место «уширение по степенному закону», что характерно для систем с автокатализом.

Рис. 1. Схема самосборки молекулярных слоев

Продвижение фронтов обычно обеспечивается катализаторами – небольшими молекулами, облегчающими прохождение химической реакции. В данном случае, возможно, имеется другой тип катализа – автокатализ за счёт пространственной «зажатости» системы. Причём уширение фронта в такой конфигурации может контролироваться изменением свойств молекул-«кирпичиков» и внешних условий, что делает возможным систематическое исследование.

Экспериментальные исследования группы из Северной Каролины подтвердили результаты, полученные теоретиками из НИСТ. Новые результаты важны для понимания фундаментальных процессов самоорганизации в самых разных областях – от материаловедения и биологии до социологии и антропологии.

Василий Артюхов