Les gros cristaux qui poussent dans l'eau se forment souvent à partir de minuscules nanocristaux qui s'attachent continuellement les uns aux autres. Lors de l'attachement, ces minuscules particules s'accrochent à la surface, comme les briques LEGO. Un peu de couple est nécessaire pour faire pivoter les particules en position de fixation. En mesurant et en calculant les forces qui fournissent ce couple, les chercheurs ont découvert que l'eau a un rôle plus important qu'on ne le pensait auparavant. Gabarits d'eau sur les surfaces des particules, s'organiser en structures qui atteignent les particules entrantes, leur dire comment s'aligner de manière optimale pour l'attachement, s'assembler en cristaux plus gros. Au fur et à mesure que ces particules orientées se rapprochent, les structures d'eau intermédiaires se dissimulent, permettant aux particules de s'arrimer ensemble.

Pourquoi étudier l'attachement des particules ? Le comprendre permet de prévoir plus précisément quand les minéraux se formeront et quand ils ne se formeront pas. Ces connaissances aident les géoscientifiques à extraire les ressources énergétiques et à éliminer les déchets. Il est également crucial dans la conception de matériaux nanostructurés. Les matériaux sont utilisés dans les appareils électroniques, supports de catalyseur, et le stockage d'énergie. Dans ces domaines, les procédés de fabrication à base aqueuse peuvent en bénéficier. Ils deviennent plus efficaces et durables que les traditionnels.

Savoir comment les minéraux se forment est vital pour l'extraction d'énergie souterraine et le stockage des déchets, créer des catalyseurs sur mesure, et plus. Les minéraux peuvent se former via la fixation des particules, ce qui implique d'accumuler des particules à plusieurs reprises jusqu'à ce que de gros cristaux émergent, mais les chercheurs découvrent encore quand et comment cela se produit. A chaque étape, une particule de taille nanométrique s'accroche à la surface. Au fur et à mesure que les particules se fixent, ils expulsent l'eau entre leurs surfaces. Les forces impliquées dans ce processus n'avaient pas été définitivement déterminées. L'équipe a mesuré et calculé les forces qui fournissent le couple pour l'alignement, travailler à l'échelle atomique proche. Dans un système à l'oxyde de zinc, ils ont découvert que l'eau s'organise à la surface des particules. L'eau transmet des données structurelles sur la surface sous-jacente aux particules entrantes. Si les particules entrantes sont fortement désalignées, l'eau agit comme une barrière à une mauvaise fixation, limiter la croissance des cristaux défectueux. Comprendre les nombreux rôles de l'eau dans la formation minérale offre des avantages pour les géosciences et la conception de matériaux à base aqueuse.