Oamenii de știință aruncă cristale o curbă

Oamenii de știință nu au nevoie de o minge de cristal pentru a prezice cum cresc solidele cristaline pe planuri plate. Dar ar putea fi util pentru suprafețele curbate.

Prin captarea particulelor în mingi minuscule de apă, oamenii de știință au văzut pentru prima dată formarea cristalelor în medii rotunjite. Cercetătorii au descoperit că cristalele în cușcă au format panglici arcuite în interiorul sferei, mai degrabă decât aglomerările compacte văzute pe suprafețele plane. Descoperirile apar în 7 februarie Ştiinţă.

Curbele oferă o provocare deosebită pentru formarea cristalelor, care sunt solide cu molecule, atomi sau alte subunități asamblate în modele ordonate, simetrice. Inginerul chimist Vinothan Manoharan de la Harvard explică că creșterea cristalelor în jurul unei sfere „este ca și cum ai încerca să faci cadou o minge de baschet”.

Oamenii de știință știau că întâlnirile cu curbele determină cristalele să dezvolte defecte – sau rupturi de model – dar cercetătorii nu au găsit o modalitate de a observa un cristal în creștere în timp ce naviga prin curbe.

Manoharan și colegii au venit cu o tehnică care folosește picături mici de apă, suspendate în ulei și încărcate cu particule de polimer cu diametre de 80 de nanometri și 1 micrometru. Folosind microscopie, cercetătorii au monitorizat particulele închise, care se atrag reciproc, pe măsură ce au început să formeze cristale. Particulele au format panglici cristaline subțiri, ramificate de-a lungul interiorului picăturilor.

Pe suprafețele plane, atracția particulelor una față de cealaltă ar face ca cristalele să se formeze într-un pâlc strâns. „Comportamentul pe suprafețele curbe este complet diferit”, spune biofizicianul Gerhard Gompper de la Forschungszentrum Jülich din Germania.

În acest caz, Manoharan și colegii săi au observat că forma cristalului este dictată de curbura picăturii și de aversiunea cristalului față de formele arcuite tensionate. Particulele individuale pot să nu fie afectate de o curbă, la fel cum o persoană nu simte curbura Pământului. Dar, pe măsură ce cristalul a crescut, echipa a urmărit cum întreaga structură a simțit tensiune și a crescut în benzi pentru a evita întinderea și formarea defectelor.

„Este o lucrare frumoasă”, spune fizicianul William Irvine de la Universitatea din Chicago. „Puteți să vedeți cu adevărat acest cristal crescând.” Aceste observații, spune el, ar putea îmbunătăți înțelegerea de către oamenii de știință a modului în care se formează structurile curbe într-o mare varietate de setări, inclusiv acoperiri pe nanoparticule și învelișurile exterioare ale virușilor.

Nota editorului: această poveste a fost actualizată pe 4 martie 2014, pentru a corecta diametrele picăturilor din legendă.