Dos técnicas novedosas, video en tiempo real de resolución atómica y confinamiento cónico de nanotubos de carbono, permiten a los investigadores ver detalles nunca antes vistos sobre la formación de cristales. Las observaciones confirman las predicciones teóricas sobre cómo se forman los cristales de sal y podrían informar las teorías generales sobre la forma en que la formación de cristales produce diferentes estructuras ordenadas a partir de una mezcla química desordenada.

Los cristales incluyen muchas cosas familiares, como copos de nieve, granos de sal e incluso diamantes. Son arreglos regulares y repetidos de moléculas constituyentes que crecen a partir de un mar caótico de esas moléculas. El proceso de crecimiento de este estado desordenado a uno ordenado se conoce como nucleación, y aunque se ha estudiado durante siglos, los acontecimientos exactos a nivel atómico nunca han sido confirmados experimentalmente, hasta ahora.

No solo es suficiente poder ver moléculas a nivel atómico; esa capacidad ha estado con nosotros durante algunas décadas. Lo que pasa con el crecimiento de un cristal es, es un proceso dinámico y las observaciones de su desarrollo son tan importantes como las observaciones de su estructura. Afortunadamente, investigadores del Departamento de Química de la Universidad de Tokio resolvieron esto con su técnica de microscopía electrónica en tiempo real de resolución atómica de una sola molécula, o SMART-EM. Esto captura detalles de procesos químicos a 25 imágenes por segundo.

"Uno de nuestros estudiantes de maestría, Masaya Sakakibara, utilizó SMART-EM para estudiar el comportamiento del cloruro de sodio (NaCl):sal, ", dijo el profesor asistente del proyecto Takayuki Nakamuro." Para mantener las muestras en su lugar, utilizamos nanocuernos de carbono de un átomo de espesor, uno de nuestros inventos anteriores. Con los impresionantes videos que capturó Sakakibara, Inmediatamente notamos la oportunidad de estudiar los aspectos estructurales y estadísticos de la nucleación de cristales con un detalle sin precedentes ".

Nakamuro y su equipo miraron los videos que Sakakibara había capturado y fueron las primeras personas en ver pequeños cristales cuboides hechos de decenas de moléculas de NaCl emergiendo de la mezcla caótica de iones de sodio y cloruro separados. Inmediatamente, notaron un patrón estadístico en la frecuencia a la que emergían los cristales; siguió lo que se conoce como distribución normal, que se ha teorizado durante mucho tiempo, pero solo ahora se ha verificado experimentalmente.

"La sal es solo nuestra primera sustancia modelo para investigar los fundamentos de los eventos de nucleación, ", dijo el profesor universitario Eiichi Nakamura." La sal solo cristaliza de una manera. Pero otras moléculas, como el carbono, puede cristalizar de múltiples formas, que conduce al grafito o al diamante. Esto se llama polimorfismo y nadie ha visto las primeras etapas de la nucleación que lo conduce. Espero que nuestro estudio proporcione el primer paso para comprender el mecanismo del polimorfismo ".

Sin embargo, el equipo no solo tiene en mente los diamantes; El polimorfismo en el crecimiento de cristales también es un proceso esencial en la producción de algunos componentes farmacéuticos y electrónicos.