Научници открили нови начин како да завире у фантастичну унутрашњост кристала

Истраживачи са Универзитета у Њујорку сада ће моћи да погледају дубоко у чврсте материје направљене од понављајућих јединица кристала, и утврде како су и колико активне.

Рендгенски зраци су дуго омогућавали научницима да закључе како се компоненте кристала међусобно уклапају мерењем угла под којим се дешава дифракција зрака.

Ипак, уз све предности, кристалографија рендгенским зрацима има своје границе, које су прилично уредно сажете у уводној реченици новог рада: „Структуре молекуларних кристала се захтевају и да се идентификују помоћу техника расејања, јер не можемо да видимо унутар њих“.

Рад описује нову технику која обећава да ће коначно променити ту чињеницу, иако неће важити за кристале састављене од понављајућих јединица појединачних атома.

Уместо тога, реч је о кристалима састављеним од узорака заснованих на колоидним честицама, које су довољно велике да се виде под конвенционалним микроскопом.

Проучавање таквих кристала омогућило је напредак у разумевању специфичне динамике кристала.

Истраживачи наводе да експерименти са колоидним структурама бацају ново светло на разумевање формирања и еволуцију дислокација унутар кристалних структура.

Као и рендгенска кристалографија, нова техника има ограничења. Потешкоће у проналажењу поузданих начина за снимање релативно сложених колоидних кристала значе да је њихово проучавање до сада углавном било ограничено на танке, једноставне структуре формиране од једне честице.

Многи кристали са атомским скалама, међутим, састоје се од два или више елемената и формирају веома сложене, тродимензионалне структуре.

Нова техника коју тестирају истраживачи са Универзитета у Њујорку обећава да ће омогућити релативно сложених решетки. Техника се надовезује на неке од претходних радова тима, у којима су развили процес назван полимер-атенуисано куломбичко самосастављање" или PACS.

Нова метода ористи електричне набоје појединачних колоидних честица да их увуче у кристалне решетке, омогућавајући поуздану конструкцију бинарних колоидних кристала – кристала формираних од молекула састављених од две различите врсте честица на исти начин на који се формирају, рецимо, кристали кухињске соли које чине натријум и хлор.

Нове студије и експерименти показују ефикасност издвајања и препознавања појединачних колоидних честица уз помоћ флуоресцентних боја како би се једна врста разликовала од друге – и, што је најважније, коначно научници могу да „погледају унутар“ потпуно формираног кристала и директно посматрају његову структуру.

Како истраживачи тврде, они су „у стању да разликују све честице унутар бинарног јонског кристала и реконструишу пуну унутрашњу 3Д структуру до дубине од ~200 слојева."

Тим научника из Њујорка извештава и о неколико нових налаза до којих су већ дошли новим методама посматрања.

Близаначки кристали

Процес познат као „твининг“, где се решетке два кристала поравнавају на такав начин да деле компоненте дуж заједничке равни, дуго је био од интереса за научнике.

Истраживачи описују стварање колоидних кристала који репродукују кубичне структуре атомске скале неколико различитих минерала: већ поменуту наизменичну решетку натријума и хлора која формира кухињску со; затим ту је цезијум хлорид као и нешто егзотичнији пример аурикуприда, једињења бакра и злата, једињења су у којима је свака страна коцкасте решетке атома злата испрекидана једним атомом бакра, као матрица.

У сваком случају, тим је извршио директна запажања еволуције близаначких кристала, пружајући на тај начин директно експериментално посматрање тога, како такве структуре настају.

„Ово директно посматрање недвосмислено разоткрива унутрашње замршености кристалне структуре, разјашњавајући однос између интеракција честица и макроскопског кристалног облика, укључујући појаву и утицај дефеката као и близаначког феномена", извештавају истраживачи.

Група научника се радује откривању мистерија кристала, више од 100 година након што је откриће рендгенских зрака омогућило човечанству први наговештај увида у замршеност кристалне структуре.

Истраживање је објављено у часопису Nature Materials.