Istraživači sa Univerziteta u Njujorku sada će moći da pogledaju duboko u čvrste materije napravljene od ponavljajućih jedinica kristala, i utvrde kako su i koliko aktivne.
Rendgenski zraci su dugo omogućavali naučnicima da zaključe kako se komponente kristala međusobno uklapaju merenjem ugla pod kojim se dešava difrakcija zraka.
Ipak, uz sve prednosti, kristalografija rendgenskim zracima ima svoje granice, koje su prilično uredno sažete u uvodnoj rečenici novog rada: „Strukture molekularnih kristala se zahtevaju i da se identifikuju pomoću tehnika rasejanja, jer ne možemo da vidimo unutar njih“.
Rad opisuje novu tehniku koja obećava da će konačno promeniti tu činjenicu, iako neće važiti za kristale sastavljene od ponavljajućih jedinica pojedinačnih atoma.
Umesto toga, reč je o kristalima sastavljenim od uzoraka zasnovanih na koloidnim česticama, koje su dovoljno velike da se vide pod konvencionalnim mikroskopom.
Proučavanje takvih kristala omogućilo je napredak u razumevanju specifične dinamike kristala.
Istraživači navode da eksperimenti sa koloidnim strukturama bacaju novo svetlo na razumevanje formiranja i evoluciju dislokacija unutar kristalnih struktura.
Kao i rendgenska kristalografija, nova tehnika ima ograničenja. Poteškoće u pronalaženju pouzdanih načina za snimanje relativno složenih koloidnih kristala znače da je njihovo proučavanje do sada uglavnom bilo ograničeno na tanke, jednostavne strukture formirane od jedne čestice.
Mnogi kristali sa atomskim skalama, međutim, sastoje se od dva ili više elemenata i formiraju veoma složene, trodimenzionalne strukture.
Nova tehnika koju testiraju istraživači sa Univerziteta u Njujorku obećava da će omogućiti relativno složenih rešetki. Tehnika se nadovezuje na neke od prethodnih radova tima, u kojima su razvili proces nazvan polimer-atenuisano kulombičko samosastavljanje” ili PACS.
Nova metoda oristi električne naboje pojedinačnih koloidnih čestica da ih uvuče u kristalne rešetke, omogućavajući pouzdanu konstrukciju binarnih koloidnih kristala – kristala formiranih od molekula sastavljenih od dve različite vrste čestica na isti način na koji se formiraju, recimo, kristali kuhinjske soli koje čine natrijum i hlor.
Nove studije i eksperimenti pokazuju efikasnost izdvajanja i prepoznavanja pojedinačnih koloidnih čestica uz pomoć fluorescentnih boja kako bi se jedna vrsta razlikovala od druge – i, što je najvažnije, konačno naučnici mogu da „pogledaju unutar“ potpuno formiranog kristala i direktno posmatraju njegovu strukturu.
Kako istraživači tvrde, oni su „u stanju da razlikuju sve čestice unutar binarnog jonskog kristala i rekonstruišu punu unutrašnju 3D strukturu do dubine od ~200 slojeva.”
Tim naučnika iz Njujorka izveštava i o nekoliko novih nalaza do kojih su već došli novim metodama posmatranja.
Blizanački kristali
Proces poznat kao „tvining“, gde se rešetke dva kristala poravnavaju na takav način da dele komponente duž zajedničke ravni, dugo je bio od interesa za naučnike.
Istraživači opisuju stvaranje koloidnih kristala koji reprodukuju kubične strukture atomske skale nekoliko različitih minerala: već pomenutu naizmeničnu rešetku natrijuma i hlora koja formira kuhinjsku so; zatim tu je cezijum hlorid kao i nešto egzotičniji primer aurikuprida, jedinjenja bakra i zlata, jedinjenja su u kojima je svaka strana kockaste rešetke atoma zlata isprekidana jednim atomom bakra, kao matrica.
U svakom slučaju, tim je izvršio direktna zapažanja evolucije blizanačkih kristala, pružajući na taj način direktno eksperimentalno posmatranje toga, kako takve strukture nastaju.
„Ovo direktno posmatranje nedvosmisleno razotkriva unutrašnje zamršenosti kristalne strukture, razjašnjavajući odnos između interakcija čestica i makroskopskog kristalnog oblika, uključujući pojavu i uticaj defekata kao i blizanačkog fenomena”, izveštavaju istraživači.
Grupa naučnika se raduje otkrivanju misterija kristala, više od 100 godina nakon što je otkriće rendgenskih zraka omogućilo čovečanstvu prvi nagoveštaj uvida u zamršenost kristalne strukture.
Istraživanje je objavljeno u časopisu Nature Materials.
izvor:RTS