Quel est le point commun entre les nuages, les téléviseurs, les produits pharmaceutiques et même la saleté sous nos pieds ? Ils ont tous ou utilisent tous des cristaux d'une manière ou d'une autre. Les cristaux sont plus que de simples pierres précieuses fantaisie. Les nuages ​​se forment lorsque la vapeur d'eau se condense en cristaux de glace dans l'atmosphère. Les écrans à cristaux liquides sont utilisés dans une variété d'appareils électroniques, des téléviseurs aux tableaux de bord. La cristallisation est une étape importante pour la découverte et la purification de médicaments. Les cristaux constituent également des roches et d'autres minéraux. Leur rôle crucial dans l'environnement est au centre de la recherche en science des matériaux et en sciences de la santé.

Les scientifiques n'ont pas encore pleinement compris comment se produit la cristallisation, mais l'importance des surfaces dans la promotion du processus est reconnue depuis longtemps. Les recherches du Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), de l'Université de Washington (UW) et de l'Université de Durham jettent un nouvel éclairage sur la façon dont les cristaux se forment sur les surfaces. Leurs résultats ont été publiés dans Science Advances .

Des études antérieures sur la cristallisation ont conduit les scientifiques à former la théorie classique de la nucléation - l'explication prédominante de la raison pour laquelle les cristaux commencent à se former ou à nucléer. Lorsque les cristaux nucléent, ils commencent par de très petits amas éphémères de quelques atomes seulement. Leur petite taille rend les grappes extrêmement difficiles à détecter. Les scientifiques n'ont réussi à collecter que quelques images de ces processus.

"Les nouvelles technologies permettent de visualiser le processus de cristallisation comme jamais auparavant", a déclaré Ben Legg, chimiste de la division des sciences physiques du PNNL. Il s'est associé au PNNL Battelle Fellow et au professeur affilié UW James De Yoreo pour faire exactement cela. Avec l'aide du professeur Kislon Voitchovsky de l'Université de Durham en Angleterre, ils ont utilisé une technique appelée microscopie à force atomique pour observer la nucléation d'un minéral d'hydroxyde d'aluminium sur une surface de mica dans l'eau.

Le mica est un minéral commun, présent dans tout, des cloisons sèches aux cosmétiques. Il fournit souvent une surface pour que d'autres minéraux se nucléent et se développent. Pour cette étude, cependant, sa caractéristique la plus importante était sa surface extrêmement plate, qui permettait aux chercheurs de détecter les amas de quelques atomes lorsqu'ils se formaient sur le mica.

Ce que Legg et De Yoreo ont observé était un modèle de cristallisation qui n'était pas attendu de la théorie classique. Au lieu d'un événement rare dans lequel un groupe d'atomes atteint une taille critique puis se développe à travers la surface, ils ont vu des milliers de groupes fluctuants qui se sont fusionnés en un motif inattendu avec des espaces qui ont persisté entre les "îlots" cristallins.

Après une analyse minutieuse des résultats, les chercheurs ont conclu que si certains aspects de la théorie actuelle étaient vrais, leur système a finalement suivi une voie non classique. Ils attribuent cela aux forces électrostatiques des charges sur la surface du mica. Étant donné que de nombreux types de matériaux forment des surfaces chargées dans l'eau, les chercheurs émettent l'hypothèse qu'ils ont observé un phénomène répandu et sont impatients de rechercher d'autres systèmes dans lesquels ce processus non classique pourrait se produire.

"Les hypothèses de la théorie classique de la nucléation ont des implications considérables dans des disciplines allant de la science des matériaux à la prévision climatique", a déclaré De Yoreo. "Les résultats de nos expériences peuvent aider à produire des simulations plus précises de tels systèmes." + Explorer plus loin

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