Of het nu in de natuurkunde is, metallurgie, edelsteenkunde of techniek, de toepassingen van kristallen zijn zeer breed. Een onderzoeksteam, waaronder Christos Likos en Lorenzo Rovigatti van de Faculteit der Natuurkunde van de Universiteit van Wenen, in samenwerking met het National Institute of Standards and Technology (NIST, USA) en Princeton University (VS) hebben een nieuwe methode ontwikkeld om grote, periodieke kristallen. De resultaten zijn gepubliceerd in het jounral ACS Nano .

Kristallen zijn vaste materialen die zijn samengesteld uit microscopisch kleine bouwstenen die in zeer geordende patronen zijn gerangschikt. Ze hebben talloze toepassingen, variërend van metallurgie tot sieraden tot elektronica. Veel van de eigenschappen die kristallen nuttig maken, hangen af ​​van het gedetailleerde patroon van de rangschikking van hun bestanddelen, die, beurtelings, is zeer gevoelig voor de details van de interactie tussen de bouwstenen. In moleculaire en atomaire kristallen worden de krachten tussen de deeltjes bepaald door de natuur, en de enige manier om de microscopische opstelling af te stemmen, is door ofwel de externe omstandigheden (temperatuur, druk, etc.) of verander de deeltjes zelf. Daarentegen, inzachte materie Natuurkunde, waar de bouwstenen orden van grootte groter en veel complexer zijn dan atomen, het is mogelijk om bouwstenen met extreem afstembare eigenschappen te ontwerpen en te engineeren. Bijgevolg, veel moeite is besteed aan de synthese van colloïden die zichzelf assembleren tot zeer symmetrische patronen met technologisch relevante eigenschappen. Bijvoorbeeld, er bestaan ​​specifieke kristalroosters die zeer opwindende optische eigenschappen vertonen, de zogenaamde fotonische kristallen - periodieke structuren die ervoor zorgen dat bepaalde banden van golflengten van licht zich door hun binnenste kunnen voortplanten terwijl andere worden geblokkeerd.

Een natuurlijk voorbeeld van een fotonisch kristal is het opaal, wiens fascinerende kleur te danken is aan de manier waarop het licht interageert met zijn microscopische structuur van colloïdale deeltjes die op een regelmatig rooster zijn gerangschikt. Het veelkleurige kleurenspel van het kostbare opaal, de bron van zijn charmante verschijning, is te wijten aan de aanwezigheid van verschillende kleine kristallen, bekend als kristallieten, die willekeurig ten opzichte van elkaar zijn georiënteerd. In aanvulling, de assemblage van colloïdale kristallen wordt vaak verward door polymorfisme:"Verschillende structuren worden gekenmerkt door vergelijkbare thermodynamische stabiliteiten, waardoor het moeilijk is om een ​​enkele morfologie naar believen te produceren", zegt Christos Likos van de Faculteit der Natuurkunde van de Universiteit van Wenen.

Het resulterende gebrek aan lange-afstandsvolgorde is nadelig voor veel toepassingen. Overeenkomstig, Er moeten strategieën worden ontwikkeld die de groei van langdurige, monokristallijne monsters in (reële of numerieke) experimenten. Overeenkomstig, wetenschappers hebben hard gewerkt om strategieën te ontwikkelen die de groei van grote, monokristallijne structuren. Gebruik van computersimulaties, er is nu een nieuwe methode ontwikkeld die de assemblage van technologisch relevante, niet-polymorfe kristallen. "Het systeem kristalliseert uit tot een mengsel van verschillende microkristallen. de concurrerende structuren die door de colloïden zijn samengesteld, hebben verschillende geometrieën en verschillende interne holteverdelingen. Dit verschil kan worden benut door de grootte van het polymeeradditief af te stemmen op een unieke interactie met de lege symmetrie van het gewenste kristal, het effectief stabiliseren ten opzichte van de concurrent", legt Lise-Meitner Fellow Lorenzo Rovigatti uit, werkzaam bij de groep van Christos Likos.

De resultaten van het onderzoeksteam dienen niet alleen om een ​​alternatief te illustreren voor bestaande benaderingen die, vaak, onbevredigende resultaten opleveren, maar ook om in de nabije toekomst experimentele realisaties van hooggeordende colloïdale open kristallen te begeleiden.