Ученые из Нью-Йоркского университета сосредоточились в своей новой работе на коллоидных частицах — крошечных сферах, которые гораздо больше атомов, но при этом достаточно малы, чтобы демонстрировать типичное поведение кристаллов. Их главное преимущество — возможность напрямую наблюдать за процессом формирования кристаллов под микроскопом, чего нельзя сделать с атомами из-за их размеров и скорости движения. Благодаря этому подходу команда во главе с профессором химии Стефано Саканной смогла запечатлеть, как из аморфных скоплений рождаются и проходят сложный путь к упорядоченной форме кристаллы.
В ходе экспериментов и тысячи компьютерных симуляций, выполненных под руководством Глена Хокки, удалось установить, что рост кристаллов происходит в два этапа: сначала частицы собираются в бесформенные сгустки, а затем эти образования постепенно преобразуются в кристаллические структуры. Именно это обстоятельство объясняет разнообразие форм кристаллов, которое можно наблюдать в природе и научных лабораториях.
Самым неожиданным моментом стало открытие кристалла странной вытянутой формы — его обнаружил аспирант Шихао Зан. На первый взгляд этот кристалл напоминал ранее изученные структуры, но более тщательное исследование показало, что его состав и строение уникальны. Особенно поразили ученых полые каналы, которые пронизывали кристалл вдоль всей его длины — это необычное явление: кристаллы, как правило, отличаются высокой плотностью. После тщательного анализа образования и сопоставления его с более чем тысячей известных науке природных кристаллов Зан не смог найти ни одного совпадения. Помощь пришла от компьютерного моделирования: симуляции подтвердили, что точно такой же структуры никогда не существовало.
Новый кристалл был назван L3S4 по своему химическому составу, но в лаборатории его быстро стали называть «Зангенит» — в честь первооткрывателя. Это имя, несмотря на неофициальный статус, прижилось. Для ученых открытие стало неожиданным прорывом. Как признался сам Зан, они использовали коллоидные кристаллы, чтобы моделировать поведение атомных, и не рассчитывали обнаружить структуру, которая вообще не встречается в природе.
Уникальные свойства Зангенита могут найти применение в самых разных сферах. Полые каналы внутри кристалла напоминают микроструктуры, которые используются для фильтрации или хранения веществ. Это значит, что такие кристаллы могут стать основой для создания новых пористых и легких материалов. Также новый кристалл может быть полезен для проектированию фотонных материалов, которые используются в лазерах, солнечных панелях и оптоволоконных системах.
Открытие Зангенита показывает, что даже в такой, казалось бы, хорошо изученной области, как кристаллография, все еще возможно встретить неизвестное. Ученые уверены, что это не последняя такая находка: понимание механизмов формирования кристаллов позволит в будущем не только воспроизводить существующие структуры, но и создавать совершенно новые.
Ранее исследователи смогли упаковать терабайты бит в небольшой кристалл размером всего в миллиметр.
