Un equipo de investigadores de la Universidad de Tokio y la Universidad de Fudan ha estudiado el proceso de cristalización cuando es posible más de una disposición estructural. Al reducir el ruido de las fluctuaciones aleatorias, encontraron que los precursores transitorios de los diversos ordenamientos cristalinos coexisten y compiten entre sí. Este trabajo puede ayudar a conducir a métodos de ingeniería de cristales más eficientes.

Una de las exhibiciones más populares de cualquier museo de geología es la sección de cristal. Grande, plano, Las caras rectangulares o tetraédricas de un elegante cristal reflejan patrones moleculares subyacentes. En una inspección más cercana, algunos ejemplares resultan ser mosaicos de diferentes formas, mostrando que los mismos átomos pueden organizarse de múltiples maneras, llamado polimorfismo. De hecho, todos los cristales son simplemente arreglos repetidos de átomos o partículas más grandes que normalmente crecen a partir de semillas más pequeñas. Estas semillas sirven como plantillas iniciales que permiten que las nuevas partículas se adhieran en los lugares adecuados. Sin embargo, cuando múltiples estructuras exhiben estabilidades similares, el proceso de cristalización puede volverse extremadamente complejo.

Para entender mejor esto, Investigadores de la Universidad de Tokio y la Universidad de Fudan estudiaron un sistema experimental que consta de esferas coloidales uniformes de poli (metacrilato de metilo). Usando microscopía confocal, que permite rastrear las posiciones 3-D de muchas partículas simultáneamente, junto con potentes algoritmos informáticos, el equipo observó una mezcla hirviente de estructuras en competencia que se rompían y reformaban constantemente.

Cada tipo de precursor de ordenamiento cristalino competía para sembrar el crecimiento de ese tipo de estructura. Los científicos descubrieron que las estructuras intermedias antes de que se completara la cristalización resultaron ser mezclas de órdenes locales que duraban poco y que con frecuencia se transformaban entre sí. "La competencia entre diferentes ordenamientos de cristales se lleva a cabo localmente y puede estar enmascarada por grandes fluctuaciones posicionales, "dice el autor principal Peng Tan.

Para superar este ruido el equipo tuvo que utilizar métodos computacionales para clasificar correctamente las diversas estructuras. La convivencia espacial de fases, junto con las fluctuaciones temporales recién encontradas de órdenes en competencia, muestra que el desorden es una característica intrínseca de los precursores de los cristales.

"Nuestro método proporciona la imagen más clara hasta ahora de la competencia que puede existir entre las diversas formas cristalinas en una sola muestra, ", dice el autor principal Hajime Tanaka." Esta investigación puede allanar el camino para nuevos enfoques para la producción industrial de materiales cristalinos ".

El trabajo está publicado en Avances de la ciencia como "Revelar los roles de los ordenamientos estructurales locales en competencia en la cristalización de sistemas polimórficos".