Que ce soit en physique, métallurgie, gemmologie ou ingénierie, les applications des cristaux sont très larges. Une équipe de recherche comprenant Christos Likos et Lorenzo Rovigatti de la Faculté de Physique de l'Université de Vienne, en collaboration avec le National Institute of Standards and Technology (NIST, USA) et l'Université de Princeton (USA) a développé une nouvelle méthode pour assembler de grandes, cristaux périodiques. Les résultats ont été publiés dans le journal ACS Nano .

Les cristaux sont des matériaux solides composés de blocs de construction microscopiques disposés selon des motifs très ordonnés. Ils ont d'innombrables applications, allant de la métallurgie à la bijouterie en passant par l'électronique. Bon nombre des propriétés qui rendent les cristaux utiles dépendent du schéma détaillé de l'arrangement de leurs constituants, lequel, à son tour, est très sensible aux détails de l'interaction entre les blocs de construction. Dans les cristaux moléculaires et atomiques, les forces interparticulaires sont fixées par la Nature, et la seule façon de régler l'arrangement microscopique est de faire varier les conditions extérieures (température, pression, etc.) ou changer les particules elles-mêmes. Par contre, Physique de la matière molle , où les blocs de construction sont des ordres de grandeur plus grands et beaucoup plus complexes que les atomes, il est possible de concevoir et de concevoir des blocs de construction avec des propriétés extrêmement ajustables. Par conséquent, beaucoup d'efforts ont été consacrés à la synthèse de colloïdes qui s'auto-assemblent en motifs hautement symétriques avec des propriétés technologiquement pertinentes. Par exemple, il existe des réseaux cristallins spécifiques qui présentent des propriétés optiques très excitantes, les cristaux dits photoniques - des structures périodiques qui permettent à certaines bandes de longueurs d'onde de la lumière de se propager à l'intérieur tout en bloquant les autres.

Un exemple naturel de cristal photonique est l'opale, dont la coloration fascinante est due à la façon dont la lumière interagit avec sa structure microscopique de particules colloïdales disposées sur un réseau régulier. L'irisation multicolore de la précieuse opale, la source de son apparence charmante, est due à la présence de plusieurs petits cristaux, connu sous le nom de cristallites, qui sont orientés aléatoirement les uns par rapport aux autres. En outre, l'assemblage des cristaux colloïdaux est souvent confondu par le polymorphisme :« Différentes structures se caractérisent par des stabilités thermodynamiques comparables, rendant difficile de produire une seule morphologie à volonté", dit Christos Likos de la Faculté de physique de l'Université de Vienne.

Le manque d'ordre à longue distance qui en résulte est préjudiciable pour de nombreuses applications. Par conséquent, des stratégies doivent être élaborées pour favoriser la croissance des activités à long terme, échantillons monocristallins dans des expériences (réelles ou numériques). Par conséquent, les scientifiques ont travaillé dur pour développer des stratégies qui améliorent la croissance des grands, structures monocristallines. Utilisation de simulations informatiques, une nouvelle méthode a maintenant été mise au point qui permet l'assemblage d'éléments technologiquement pertinents, cristaux non polymorphes. "Le système se cristallise en un mélange de microcristaux différents. Cependant, les structures concurrentes assemblées par les colloïdes ont des géométries différentes et des distributions de vide internes différentes. Cette différence peut être exploitée en ajustant la taille de l'additif polymère pour interagir uniquement avec la symétrie des vides du cristal souhaité, le stabilisant efficacement contre le concurrent", explique Lorenzo Rovigatti, Fellow Lise-Meitner, travaillant dans le groupe de Christos Likos.

Les résultats de l'équipe de recherche servent non seulement à illustrer une alternative aux approches existantes qui, dans de nombreux cas, produire des résultats insatisfaisants, mais aussi pour guider les réalisations expérimentales de cristaux ouverts colloïdaux hautement ordonnés dans un futur proche.