Хотя свойства и механизмы формирования кристаллов изучаются в течение нескольких веков, а искусственные кристаллические структуры уже активно используются в повседневной жизни, ученые до сих пор не до конца понимают, как эффективно производить их. При этом механизм формирования кристаллов в естественной среде позволит модернизировать широкий спектр областей применения — от самовосстанавливающихся биоматериалов до солнечных батарей.
В ходе исследования ученые обнаружили, что когда кристаллообразующие молекулы окружены растворителем, таким как вода, его молекулы образуют экран, который называется сольватной оболочкой. Когда на поверхности этого щита происходят колебания, молекулы вырываются наружу, образуя кристалл.
Эксперименты показали, что температура, тип растворителя и количество молекул растворителя влияют на частоту и амплитуду колебания оболочки.
В новой работе мы впервые показали, что происходит, когда молекула покидает растворитель, образуя кристалл. При правильных условиях экран «танцует» вокруг растворителя и позволяет молекулам свободно вырываться и интегрироваться в поверхность кристалла. Флуктуации в сольватной оболочке являются ключевыми молекулярными событиями, объясняющими, как образуются кристаллы.
Минеш Сингх, ведущий автор исследования
Ранее исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) инициировали переход материала из одной фазы в другую с помощью короткой вспышки лазера. По окончании воздействия материал возвращался в свою исходную фазу. Ранее возможность такого перехода ученые предполагали лишь теоретически, однако теперь они уверены, что могут изучать ранее скрытые структуры материалов.