Een team van natuurkundigen gebruikte lasers om 'superkristallen' te maken, ook al vochten de structuren helemaal niet.
Hun prestatie: de pogingen van een hooggeordend materiaal om eenvoudigere structuren te vormen frustreren en vervolgens de energie van laserpulsen gebruiken om het gefrustreerde materiaal in een meer complexe, superkristallijne toestand te laten vallen.
In de materiaalkunde kan materie voorkomen in een aantal verschillende kristallijne en niet-kristallijne toestanden. En soms, als die materie van de ene staat naar de andere gaat, stopt hij even in een tussenliggende staat die normaal niet in de natuur bestaat. Onder deze exotische, vluchtige staten? Superkristallen structuren.
Een kristal is een materiaal waarvan de atomen of moleculen zich in een herhalend patroon hebben gerangschikt. Elke stap in dat patroon, elk puzzelstukje waaruit het kristal bestaat, wordt een eenheidscel genoemd. Deze zogenaamde superkristallen zijn speciaal omdat de eenheden van hun kristallijne structuur veel groter zijn dan die in natuurlijke kristallen - in dit geval tot een miljoen keer groter dan de kristallen die normaal worden gevormd door de chemicaliën waaruit het superkristal bestaat.
In de nieuwe studie hebben de natuurkundigen twee materialen, loodtitanaat en strontiumtitanaat, zo op elkaar gestapeld dat elk materiaal elkaars pogingen om zichzelf te organiseren in een kleinschalig kristal frustreerde. Het resultaat? Veel wanordelijke, onregelmatige kristal- en niet-kristallijne toestanden, willekeurig verspreid over de lagen.
Maar na een supersnelle zap van blauw laserlicht, reorganiseerden de lagen zichzelf. De laserstraal voegde energie toe aan het systeem dat het kristal in een staat van organisatie bracht, het enige soort organisatie dat mogelijk is met gefrustreerde kleinschalige kristaleenheden. Door het materiaal heen verscheen een enorme, herhalende 3D-structuur, veel groter dan de structuur die in andere kristallen opduikt. De wetenschappers konden deze structuur observeren met een tweede lichtflits met een lagere intensiteit.
Het was het soort structuur dat vluchtig zou kunnen bestaan als een materiaal van de ene staat naar de andere verschuift, maar niet een die je op lange termijn zou verwachten. En toch, zo toonden de onderzoekers, overleefde dit superkristal onder warme omstandigheden op kamertemperatuur.
De resultaten zijn op 18 maart gepubliceerd in het tijdschrift Nature Materials.
