Kun kulta yhdistetään yleensä massiivisiin harkkoihin ja koruihin, suomalaiset fyysikot ovat osoittaneet sen aivan erilaisen puolen. He onnistuivat kasvattamaan pitkänomaisia nanorakenteita, jotka koostuvat vain muutamasta kymmenestä atomista ja jotka saivat nimen ”kvanttineulat”.
Löytö tehtiin Tokion yliopistossa nanopartikkelien synteesiä koskevien kokeiden aikana. Yleensä tällaisissa olosuhteissa muodostuu pieniä kultaisia palloja, mutta tällä kertaa tutkijat päättivät hidastaa prosessia lisäämällä reaktioon orgaanisia rikki- ja piiyhdisteitä. Tämä mahdollisti kristallien kasvun havainnoinnin ja johti yllättäen pitkien neulamaisien rakenteiden muodostumiseen.
”Odotimme näkevämme vain pieniä nanohiukkasia, mutta emme mitenkään pitkänomaisia atomipinoja. Kultaisten nanoneulojen ilmestyminen oli meille täysi yllätys.”
— Tatsuya Tsukuda, apulaisprofessori, Tokion yliopisto
Jokainen ”neula” koostuu 15–34 kulta-atomista, jotka on järjestetty riveiksi. Niiden elektroniset ominaisuudet osoittautuivat kvanttisiksi: varaukset voivat olla vain tiukasti määritellyillä energiatasoilla. Tämä muuttaa tapaa, jolla tällaiset nanorakenteet ovat vuorovaikutuksessa valon kanssa, erityisesti lähi-infrapuna-alueella.
Sovellusten mahdollisuudet ovat hyvin moninaiset – herkistä biosensoreista ja optisista laitteista uuden sukupolven aurinkokennoihin. Lisäksi kvanttineulojen muodostumismekanismin ymmärtäminen auttaa kehittämään menetelmiä vielä monimutkaisempien nanopartikkelien synteesiin.
