Mágusok varázsgömbje? Egy új módszernek hála a kutatók végre belenézhetnek a kristályok belsejébe
Egy új technika, amely 3D-s modelleket készít az egyes kristályokról, ablakot nyitott a tudósok számára, hogy lássák a finom eltéréseket, amelyek az egyébként tökéletes mintázatokban jelennek meg.
A New York-i Egyetem (NYU) kutatói újra a rajzasztalhoz ültek, hogy rájöjjenek, hogyan lehet mélyen belelátni az ismétlődő egységekből álló szilárd testekbe, és meghatározni, miként növekednek. A kristályokat alkotó sok ismétlődő egységgel nagyjából azonos méretű rövid hullámhosszú röntgensugarak már régóta lehetővé teszik a tudósok számára, hogy a sugarak törési szögének mérésével következtessenek arra, hogyan illeszkednek egymáshoz egy kristály alkotóelemei. Minden zsenialitása ellenére azonban a röntgenkrisztallográfiának megvannak a maga korlátai.
A cikk egy új technikát említ, amely azt ígéri, hogy a módszer képes végre változtatni a fenti tényen - bár ez nem az egyes atomok ismétlődő egységeiből álló kristályokra vonatkozik. Itt olyan kristályokról van szó, amelyek kolloid részecskéken alapuló mintákból állnak, melyek elég nagyok ahhoz, hogy hagyományos mikroszkóp alatt is láthatóak legyenek, és olyan módon manipulálhatók, ami az atomok esetében lehetetlen lenne. Az ilyen kristályok tanulmányozása lehetővé tette a kristálydinamika megértését.
A NYU csapata által úttörőként alkalmazott új technika azt vetíti előre, hogy lehetővé teszi ezen viszonylag összetett rácsok kolloidális analógjainak tanulmányozását. A technika a csapat korábbi munkáira épül, amelyekben egy „polimer-csillapított Coulombos önszerveződés” (polymer-attenuated Coulombic self-assembly, PACS) nevű eljárást fejlesztettek ki.
Az új tanulmány bemutatja, hogy ezeket az egyedi kolloid részecskéket hatékonyan lehet fluoreszcens festékkel bevetni, hogy megkülönböztessük az egyik fajt a másiktól - és ami döntő fontosságú, hogy ez a kristályok kialakulása után is így marad. Ez azt jelenti, hogy a tudósok végre „belenézhetnek” egy teljesen kialakult kristályba, és közvetlen megfigyeléseket tehetnek a belsejéről.
A kutatók beszámolója szerint: „Képesek vagyunk megkülönböztetni az összes részecskét egy bináris ionkristályon belül, és rekonstruálni a teljes belső 3D szerkezetet egészen ~200 réteg mélységig.” A csapat minden esetben közvetlen megfigyeléseket tudott végezni az ikerkristályok kialakulásáról, így közvetlen kísérleti megfigyelést tudott készíteni az ilyen szerkezetek kialakulásának módjáról.
Ez a közvetlen megfigyelés egyértelműen feltárja a kristályszerkezet belső bonyodalmait, megvilágítva a részecskék kölcsönhatásai és a makroszkopikus kristályforma közötti kapcsolatot, beleértve a hibák és az ikertestek kialakulását és hatását. A csoport a kristályok rejtélyeinek megfejtését várja, több mint 100 évvel azután, hogy a röntgensugarak felfedezése lehetővé tette az emberiség számára az első betekintést a kristályszerkezet bonyolult részleteire.