Нью-Йорк университетінің зерттеушілері микроскопиялық бөлшектердің кристалдарға өздігінен ұйымдасу процесін жарық арқылы басқарудың жаңа әдісін ойлап тапты. Chem журналында жарияланған зерттеуде кристалдарды қалыптастырудың қарапайым әрі қайтымды тәсілі сипатталған, бұл жаңа бейімделгіш және сезімтал материалдар класын жасауға жол ашуы мүмкін.

Кристалдар және олардың маңызы

Кристалдар табиғатта және технологияда кең таралған — қар ұшқындарынан, гауһар тастардан бастап электроникада қолданылатын кремнийге дейін. Олардың негізі — бөлшектердің қайталанатын құрылымдарға реттеліп орналасуы. Мұндай құрылымдардың түзілуін зерттеу үшін жиі коллоидтық бөлшектер қолданылады — сұйықтықта қалқып жүретін ұсақ шарлар, олар табиғи түрде реттелген түзілімдерге, яғни коллоидтық кристалдарға бірігеді. Бұл бөлшектер заманауи материалдарда, әсіресе оптикалық және фотондық технологияларда, сенсорлар мен лазерлерде де қолданылады. Алайда кристалдардың қай жерде және қашан пайда болатынын дәл басқару бұрыннан күрделі мәселе болып келген, себебі дәстүрлі әдістер процесті нақты уақыт режимінде реттеуге мүмкіндік бермейді.

Бөлшектердің өзара әрекеттесуін жарықпен басқару

Зерттеу барысында кристалдардың түзілуін жүйеге жарық түсіру арқылы бағыттаудың жолы табылды. Коллоидтық бөлшектер бар сұйықтыққа жарыққа сезімтал молекулалар — фотоқышқылдар қосылды. Жарық әсерінен фотоқышқылдар уақытша қышқылдық қасиетке ие болып, бөлшектердің бетімен әрекеттесуін және олардың электр зарядын өзгертеді. Зарядты өзгерту арқылы бөлшектердің бір-біріне тартылуы немесе керісінше, тебілуі бақыланады.

Кристалдардың өсуі мен еруін бақылау

Эксперименттер мен компьютерлік модельдеу көрсеткендей, жарықтың қарқындылығын, ұзақтығын және үлгісін өзгерту арқылы кристалдардың мінез-құлқын жоғары дәлдікпен басқаруға болады. Кристалдардың өсуін немесе еруін бастауға, кристалдану орнын анықтауға, пішіні мен құрылымын өзгертуге, сондай-ақ біртекті әрі ірі коллоидтық жинақтар жасау үшін өлшемін арттыруға мүмкіндік бар.

Әдістің артықшылықтары

Бұл тәсіл «бір ыдыста» жүзеге асырылады — бөлшектердің құрамын өзгертудің немесе әр экспериментте тұз концентрациясын бірнеше рет түзетудің қажеті жоқ. Бөлшектердің кристалдарға жиналуы немесе қайта таралуы үшін жарық деңгейін өзгерту жеткілікті.

Қолдану перспективалары

Бұл жетістік жарық арқылы ішкі құрылымы мен қасиеттері реттелетін материалдар жасауға мүмкіндік береді. Мысалы, фотондық материалдар қажеттілікке қарай түсін немесе оптикалық жауабын өзгерте алады, ал жарықпен бағдарламаланатын коллоидтық кристалдар қайта реттелетін оптикалық жабындар, бейімделгіш сенсорлар және жаңа дисплей мен деректерді сақтау технологияларын дамытуға жол ашады, мұнда функциялар мен үлгілер жарық арқылы динамикалық түрде анықталады.

Мұндай тәсіл динамикалық, бағдарламаланатын коллоидтық материалдарды жасауға жақындатады, оларды қажетіне қарай қайта құруға болады. Бұл жүйе бөлшектер мен молекулалар арасындағы өзара әрекеттесулер уақыт пен кеңістікте өзгергенде өздігінен жиналу мінез-құлқын болжауға арналған түрлі теориялық болжамдарды тексеруге де мүмкіндік береді.