En explorant comment les cristaux se forment, les chercheurs de l’Université de New York sont tombés sur un cristal inhabituel en forme de tige qui n’avait jamais été identifié auparavant.
Les cristaux sont des matériaux solides composés de particules qui s’organisent dans des motifs répétitifs.
Ce processus d’auto-assemblage – «orchestration de l’ordre du chaos», comme les chercheurs le décrivent – a été censé suivre un schéma de croissance prévisible et classique.
Mais au lieu de toujours former un élément de construction en bloc de construction, ils apprennent que les cristaux peuvent se développer à travers des voies plus complexes.
Pour étudier la formation de cristaux, certains chercheurs utilisent des cristaux composés de petites sphères appelées particules colloïdales, qui sont minuscules mais beaucoup plus grandes que les atomes qui composent d’autres cristaux.
« L’avantage d’étudier les particules colloïdales est que nous pouvons observer les processus de cristallisation à un niveau unique, ce qui est très difficile à faire avec les atomes car ils sont trop petits et rapides », a déclaré le professeur de l’Université de New York, Stefano Sacanna.
« Avec les colloïdes, nous pouvons regarder les cristaux se former avec notre microscope. »
Pour faire la lumière sur la façon dont les cristaux colloïdaux se forment, le professeur Sacanna et ses collègues ont mené des expériences pour observer soigneusement comment les particules colloïdales chargées se comportent dans différentes conditions de croissance alors qu’elles passent des suspensions d’eau salée à des cristaux entièrement formés.
Ils ont également dirigé des milliers de simulations informatiques pour modéliser la croissance des cristaux et aident à expliquer ce qu’ils ont observé dans les expériences.
Ils ont déterminé que les cristaux colloïdaux se forment à travers un processus en deux étapes: des taches amorphes de particules se condensent d’abord avant de se transformer en structures cristallines ordonnées, résultant en un éventail diversifié de types de cristal et de formes.
Au cours de ces expériences, le Ph.D. de l’Université de New York. L’étudiant Shihao Zang est tombé sur un cristal en forme de tige qu’il ne pouvait pas identifier.
À l’œil nu, il ressemblait à un cristal découvert précédemment dans le laboratoire, mais à l’examen de plus près, la combinaison de particules était différente et les pointes de ce cristal contenaient des canaux creux.
Il a comparé la structure inconnue avec plus de mille cristaux trouvés dans le monde naturel et n’a toujours pas trouvé de match.
En se tournant vers la modélisation informatique, les chercheurs ont simulé un cristal qui était exactement le même, leur permettant d’étudier sa forme creuse allongée de manière encore plus détaillée.
« Cela était déroutant car généralement les cristaux sont denses, mais celui-ci avait des canaux vides qui couraient la longueur du cristal », a déclaré le Dr Glen Hocky de l’Université de New York.
« Grâce à cette synergie des expériences et de la simulation, nous avons réalisé que cette structure cristalline n’avait jamais été observée auparavant », a ajouté le professeur Sacanna.
Ils ont nommé le Crystal nouvellement découvert L3S4 Basé sur sa composition, mais a commencé à l’appeler de manière informelle «zangenite» lors des réunions de laboratoire, étant donné que Zang l’a découvert.
« Nous étudions les cristaux colloïdaux pour imiter le monde réel des cristaux atomiques, mais nous n’avons jamais imaginé que nous découvririons un cristal que nous ne pouvons pas trouver dans le monde réel », a déclaré Zang.
La découverte de la zangenite crée une occasion d’explorer des utilisations des cristaux creux et de basse densité et peut ouvrir la voie à la recherche de nouveaux cristaux supplémentaires.
« Les canaux à l’intérieur de la zangenite sont analogues aux caractéristiques dans d’autres matériaux qui sont utiles pour filtrer ou enfermer des choses à l’intérieur », a déclaré le Dr Hocky.
« Avant, nous pensions qu’il serait rare d’observer une nouvelle structure cristalline, mais nous pourrons peut-être découvrir de nouvelles structures supplémentaires qui n’ont pas encore été caractérisées », a déclaré le professeur Sacanna.
