Niektóre kryształy tworzą wzory z nieporządku w sposób, który wydaje się wymagać obecności jakiejś formy inteligencji, a przynajmniej “życia”. A przecież żaden kryształ nie jest żywy, a tym bardziej inteligentny. Skąd zatem w nich taka złożoność? Istnieją jednak poważne luki w naszej wiedzy o tym, jakie cechy są niezbędne do tworzenia zorganizowanych struktur.
Czytaj też: Stworzono nowe kryształy koloidalne. Takie w przyrodzie nie występują
Naukowcy z Uniwersytetu Cornella postanowili zidentyfikować “potencjał interakcji” kształtów w symulacjach komputerowych, a następnie opisać cechy, które są kluczowe dla formowania kryształów. Badanie to zaowocowało odkryciem ponad 20 struktur krystalicznych, a żadna z nich nie została wcześniej zaobserwowana. Szczegóły opisano w czasopiśmie ACS Nano.
Chcieliśmy dowiedzieć się, jakiego rodzaju nowe konfiguracje struktur krystalicznych możemy samoczynnie złożyć w symulacji. Najbardziej ekscytujące było to, że znaleźliśmy nowe struktury, które nie były wcześniej wymienione w żadnej bazie danych struktur krystalicznych – te cząsteczki faktycznie składają się w coś, czego nikt wcześniej nie widział. dr Hillary Pan z Uniwersytetu Cornella
Kryształy to “ciemna materia” naszej wiedzy
Nasze zrozumienie tego, jakie interakcje zachodzą podczas formowania kryształów jest naprawdę szczątkowe, w wyniku czego niektóre struktury tworzą się nieoczekiwanie. Ostatnio duże zainteresowanie wśród naukowców wzbudziły materiały zwane szkieletami metaloorganicznymi (MOF) – ze względu na swoją zdolność do wychwytywania i magazynowania dużych ilości gazów oraz zanieczyszczeń. Zdolność do identyfikowania cząsteczek, które będą się samoorganizować (tworzyć struktury krystaliczne), może doprowadzić nas do spektakularnych odkryć w chemii.
Czytaj też: Naukowcy tworzą fotoniczne kryształy czasu. Mają one zaskakujące właściwości
Naukowcy z Uniwersytetu Cornella rozpoczęli od symulacji cząsteczki utworzonej przez połączenie siedmiu potencjałów energetycznych dwóch popularnych typów. Następnie modelowali, w jaki sposób cząsteczki będą zmieniać się, gdy zmienimy jeden z kluczowych parametrów. Udało się odkryć ponad 20 nieznanych wcześniej struktur krystalicznych – choć tylko “wirtualnych”. Stworzenie ich w warunkach laboratoryjnych nie będzie łatwe, gdyż niektóre “mają lokalne środowiska, które są rzadkie w skali atomowej”.
Badanie pokazuje, że skomplikowane struktury mogą rozwinąć się z prostych interakcji i dodaje nowe struktury teoretyczne dla innych grup pracujących z tą tematyką. Wstępne ustalenia sugerują, że istnieją potencjalnie nieograniczone konfiguracje nowych materiałów, zwłaszcza nanocząstek i koloidów, które mają największy potencjał rozwojowy.
