A világ egyik legtekintélyesebb folyóiratában, a Proceedings of the National Academy of Sciencesben (PNAS) jelent meg az a tanulmány, amiben egy nemzetközi kutatócsoport új, geometriai ötleten alapuló megoldást javasol az egyrétegű anyagok szupramolekuláris mintázatának pontos feltérképezésére. Az elektronmikroszkópos képalkotás virtuális kiterjesztésének is tekinthető módszernek az intelligens anyagok fejlesztésében juthat szerep, ami nagy hatással lehet a rákgyógyításra, a sejtek és szövetek alkotására és a környezeti energiák hasznosítására.

Az egyrétegű anyagok szerkezetének egyik kulcsfontosságú eleme a lényeges anyagszerkezeti tulajdonságokat hordozó úgynevezett szupramolekuláris mintázat. A mintázat geometriája leírásának egyik fő része a molekulák közötti kötések pontos feltérképezése, amelyek megjelenítésére a mikroszkópos képek sokszor alkalmatlanok. Képalkotó eljárás hiányában az anyagkutatók rendkívül idő- és költségigényes, részben mesterséges intelligencián alapuló szuperszámítógépes szimulációkkal próbálják megismerni a szupramolekuláris mintázatok geometriáját. Az új tanulmány vezető szerzője Regős Krisztina, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (BME) Morfológia és Geometriai Modellezés Tanszékének elsőéves doktoranduszhallgatója, aki a térkitöltő mintázatokról mint geometriai modellekről készítette a diplomamunkáját 2022-ben. A publikáció elkészítésében a Bázeli és a Berni Egyetem kutatói mellett Domokos Gábor, az ELKH–BME Szilárd Testek Morfodinamikája Kutatócsoport vezetője, a BME Morfológia és Geometriai Modellezés Tanszékének kutatóprofesszora, a Gömböc egyik feltalálója, valamint a grafénnal kapcsolatos kutatásaiért 2010-ben fizikai Nobel-díjjal kitüntetett Konstantin S. Novoselov professzor is részt vett.

A tanulmány vezérgondolata, hogy a szupramolekuláris mintázatokat mint térkitöltő geometriai mozaikokat több léptékben értelmezi úgy, hogy a kutatók geometriai eszközökkel becslést adtak a molekulák közötti kötések által kirajzolt mintázat geometriai és kémiai tulajdonságaira. A cikk csak a hidrogénkötésekkel foglalkozik, de az elmélet elvileg más, ennél összetettebb kötéstípusokra is kiterjeszthető.

Nem ez az első nemzetközi sikere az ELKH–BME Szilárd Testek Morfodinamikája Kutatócsoporttól, a néhány éve szintén a PNAS-ban megjelent cikküket, amiben repedésmintázatokat modelleztek geometriai mozaikokkal, és ezt összekötötték az ókori filozófus, Platón elméletével és a Gömböccel, a Science magazin 2020 tíz legérdekesebb tanulmánya közé sorolta.