จากเม็ดเกลือแกงที่คุ้นเคยไปจนถึงเพชรอันแวววาว การก่อตัวของผลึกไม่ได้ดำเนินไปตามเส้นทางที่เรียบง่ายและคาดเดาได้เสมอไป

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยนิวยอร์ก (NYU) ประสบความสำเร็จในการบันทึกการเดินทางที่น่าประหลาดใจนี้จากมวลสสารที่ไม่มีรูปร่างชัดเจนไปจนถึงโครงสร้างที่มีระเบียบอย่างสูง โดยในการศึกษาวิจัยที่เพิ่งตีพิมพ์ในวารสาร Nature Communications

โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกระบวนการสำรวจความลึกลับของการตกผลึก พวกเขาได้ค้นพบผลึกรูปแท่งชนิดพิเศษโดยบังเอิญ ซึ่งมีโครงสร้างกลวงอยู่ภายใน ซึ่งไม่เคยพบมาก่อน และตั้งชื่อมันว่า "ซังเกไนต์" เพื่อเป็นเกียรติแก่บัณฑิตนักศึกษาที่ค้นพบผลึกนี้

เพื่อไขความลับว่าอนุภาคเรียงตัวกันเป็นโครงตาข่ายผลึกสมบูรณ์แบบได้อย่างไร นักวิทยาศาสตร์จึงมักพบกับความยากลำบากในการสังเกตอะตอมขนาดเล็กโดยตรง

ทีม NYU ได้ใช้แนวทางอันชาญฉลาด: การสร้างผลึกจากอนุภาคคอลลอยด์ อนุภาคเหล่านี้มีขนาดเล็กแต่มีขนาดใหญ่เพียงพอที่จะสังเกตเห็นได้อย่างละเอียดภายใต้กล้องจุลทรรศน์ “ข้อดีก็คือเราสามารถติดตามกระบวนการตกผลึกได้ในระดับอนุภาคแต่ละอนุภาค” ศาสตราจารย์ด้านเคมี Stefano Sacanna ผู้เป็นหัวหน้าส่วนการทดลองกล่าว

ทีมวิจัยได้ค้นพบกลไกการก่อตัวของผลึกสองขั้นตอนโดยการผสมผสานการทดลองที่พิถีพิถันกับการจำลองคอมพิวเตอร์ที่ซับซ้อนนับพันชุดที่นำโดยผู้ช่วยศาสตราจารย์ Glen Hocky

แทนที่อนุภาคจะรวมตัวกันอยู่ในตำแหน่งที่แน่นอนทันที อนุภาคเหล่านี้มักจะรวมตัวกันเป็น "ฝูง" ที่ไม่มีรูปร่างชัดเจนเสียก่อน จากนั้นจึงผ่านกระบวนการจัดเรียงใหม่เพื่อสร้างโครงสร้างผลึกที่มีระเบียบขั้นสุดท้าย กระบวนการสองขั้นตอนนี้ส่งผลให้มีการสังเกตรูปร่างและประเภทของผลึกที่หลากหลาย

ขณะกำลังทำการทดลองเพื่อติดตามกลไกสองขั้นตอนนี้ นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Shihao Zang ได้ค้นพบผลึกรูปร่างคล้ายแท่งโดยบังเอิญ

เมื่อตรวจสอบอย่างใกล้ชิดภายใต้กล้องจุลทรรศน์ เขาพบว่าไม่เพียงแต่มีการเรียงตัวของเมล็ดพืชที่ชัดเจนเท่านั้น แต่ยังมีร่องกลวงที่อยู่ตลอดความยาวด้วย ซึ่งถือเป็นลักษณะที่แปลกมากสำหรับผลึกที่ปกติจะแน่น

หลังจากตรวจสอบฐานข้อมูลโครงสร้างผลึกธรรมชาติกว่าพันโครงสร้างแต่ไม่พบโครงสร้างที่ตรงกัน ซังจึงหันไปใช้โมเดลคอมพิวเตอร์ของฮ็อคกี้ การจำลองได้ยืนยันว่านี่คือโครงสร้างผลึกใหม่ทั้งหมด

“เราประหลาดใจเพราะไม่เคยมีใครสังเกตเห็นโครงสร้างนี้มาก่อน” ศาสตราจารย์ Sacanna เล่า

คริสตัลชนิดใหม่นี้ได้รับการตั้งชื่อทางวิทยาศาสตร์ว่า L3S4 แต่ในระหว่างการอภิปรายในห้องทดลอง ชื่อ "Zangenite" ก็ถือกำเนิดขึ้นและยังคงใช้ต่อไปเพื่อเป็นการยอมรับผลงานของ Shihao Zang

“เราใช้ผลึกคอลลอยด์เพื่อจำลองโลกแห่งความเป็นจริง แต่กลับพบผลึกที่ไม่มีอยู่ในธรรมชาติโดยไม่คาดคิด” ซังแสดงความประหลาดใจ

การค้นพบแซนเกไนต์ไม่เพียงแต่เป็นการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่น่าตื่นเต้นเท่านั้น แต่ยังเปิดทิศทางใหม่ๆ อีกด้วย โครงสร้างกลวงอันเป็นเอกลักษณ์ชี้ให้เห็นถึงการประยุกต์ใช้ที่มีศักยภาพในด้านการกรอง การจัดเก็บ หรือการห่อหุ้มวัสดุอื่นๆ

นอกจากนี้ ยังแสดงให้เห็นว่าอาจมีคริสตัลประเภทใหม่ๆ อีกมากมายที่รอการค้นพบ ความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับกระบวนการตกผลึกที่ซับซ้อนนี้ยังมีบทบาทสำคัญในการออกแบบและการผลิตวัสดุขั้นสูงในอนาคต โดยเฉพาะอย่างยิ่งวัสดุโฟตอนิกส์ที่ใช้ในเทคโนโลยีเลเซอร์ สายเคเบิลออปติก และพลังงานแสงอาทิตย์

ที่มา: https://www.vietnamplus.vn/phat-hien-loai-tinh-the-moi-he-lo-tiem-nang-ung-dung-lon-post1036086.vnp