Badania przemian fazowych kryształów koloidalnych

Od wielu lat wiadomo, że koloidy mogą występować w postaci krystalicznej, gdy ich cząstki są bardzo gęsto upakowane. W tej postaci mogą u nich zachodzić przemiany fazowe takie jak w układach atomowych lub cząsteczkowych.

W 2005 r. Arjun Yodh wraz ze współpracownikami z Uniwersytetu Pensylwania dokonał syntezy cząstek polimerów o mikrometrowych rozmiarach, które mogą odwracalnie się kurczyć, gdy je podgrzejemy, co pozwala na zwiększenie zagęszczenia koloidu i doprowadzenie do przemiany fazowej. Cząstek polimerowych użyto do zbadania heterogenicznego topnienia, które zaczyna się na granicach ziaren i innych defektów struktury. Obecnie tego typu badania, tyle, że z homogenicznym topnieniem, kontynuują naukowcy z Hongkong University of Science and Technology pod przewodnictwem Yilonga Hana. W tego rodzaju topnieniu przegrzane kryształy idealne ulegają topnieniu od środka na zewnątrz poprzez spontaniczną nukleację małych, ciekłych fragmentów.

Han wraz ze współpracownikami z Hongkongu zbadali ok. 200 przemian fazowych ze stanu stałego w ciekły. Zaznaczone na załączonym zdjęciu na niebiesko, zielono i pomarańczowo punkty reprezentują cząstki będące w stanie stałym, odchylone od swoich pozycji w siatce krystalicznej, z kolei czerwone punkty to obszary ciekłe. Rejestrując wyniki za pomocą kamery zdolnej do szybkiej rejestracji obrazu odkryto, że topnienie następuje nie na skutek spontanicznego powstawania defektów krystalicznych, jak to przewidują niektóre symulacje komputerowe, ale ze względu na reorganizację pętlową, w której cząstki zmieniają swoje pozycje pozostawiając nietkniętą strukturę krystaliczną.

(pj)