Forskare vid New York University har utvecklat en metod för att styra sammansättningen av mikroskopiska partiklar till kristaller med hjälp av ljus. Denna teknik, som beskrivs i tidskriften Chem, ger realtidsstyrning av kristalltillväxt och upplösning. Metoden kan bana väg för nya responsiva material för tillämpningar inom optik och fotonik.
Kristaller utgör grunden för många naturliga och teknologiska strukturer, från snöflingor till kisel i elektronik. Att precist styra deras bildning har dock varit en utmaning, eftersom partiklar vanligtvis samlas på egna villkor. nnEtt team ledd av Stefano Sacanna, professor i kemi vid NYU, löste detta genom att introducera ljuskänsliga molekyler kallade fotoacider i en vätske suspension av kolloidala partiklar. Dessa små sfärer efterliknar atomarrangemang i kristaller och används i sensorer och lasrar. När ljus träffar fotoaciderna blir de mer sura, vilket ändrar partiklarnas ytladdningar och därmed deras attraktion eller repulsion. nn«Väsentligen använde vi ljus som en fjärrkontroll för att programmera hur materia organiserar sig på mikroskala», sade Sacanna. nnExperiment och simuleringar visade att variation av ljusintensitet, duration eller mönster möjliggör precis manipulation. Forskare kunde utlösa kristallbildning, smälta befintliga, omforma strukturer eller skapa enhetliga större samlingar. Steven van Kesteren, före detta postdoktor i Sacannas labb och nu vid ETH Zürich, noterade: «Bara att vrida upp eller ner ljuset lite gjorde skillnaden mellan att partikeln klibbade fast helt eller var helt fri». nnMetoden fungerar i en enda «one-pot»-uppsättning och samlar respektive demonterar partiklar reversibelt utan att ändra andra förhållanden. Denna enkelhet kommer från ljusets lättstyrda natur, vilket tillåter komplexa beteenden som selektiv upplösning av specifika kristallområden. nnArbetet, som stöds av US Army Research Office, Swiss National Science Foundation och NYU:s Simons Center, pekar mot ljusprogrammerbara material. Glen Hocky, lektor i kemi vid NYU, sade: «Vårt tillvägagångssätt för oss närmare dynamiska, programmerbara kolloidala material som kan omkonfigureras på begäran». nnYtterligare författare inkluderar Nicole Smina, Shihao Zang och Cheuk Wai Leung, alla från NYU.
