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Percer les secrets de la formation cristalline : une découverte marquante

SciTechDaily

Une recherche récemment publiée dévoile un processus révolutionnaire en deux étapes dans la formation des cristaux, remettant en question les théories existantes et proposant un nouveau paradigme. Cette découverte met en lumière l’incorporation moléculaire dans les cristaux, offrant des informations qui pourraient influencer les futurs progrès technologiques. Crédit : Issues.fr.com

Des recherches révolutionnaires révèlent un nouveau processus en deux étapes dans la croissance cristalline, remettant en question les anciennes théories et ouvrant une nouvelle direction aux futurs développements technologiques dans ce domaine.

Il y a un million d’années, le plus ancien connu espèces marcher debout comme un humain, l’Homo Erectus avait une fascination humaine pour les cristaux. Les historiens peuvent même en identifier les raisons possibles – les cristaux ne ressemblaient à rien à l’époque – des arbres, des vallées, des montagnes. Les cristaux étaient un matériau de réflexion, une diversion fascinante pour l’esprit.

À ce jour, la préoccupation humaine pour la magie des cristaux continue de remplir l’esprit des scientifiques qui ont développé des moyens d’utiliser les cristaux pour tout, des remèdes contre le paludisme aux cellules solaires et semi-conducteurs, catalyseurs et éléments optiques. Au fil des années, les cristaux sont devenus des éléments essentiels des technologies qui permettent la civilisation moderne.

Peter Vekilov tenant le cristal

Peter Vekilov, professeur Frank Worley de génie chimique et biomoléculaire à l’Université de Houston, a publié que l’incorporation de molécules dans les cristaux se produit en deux étapes, divisées par un état intermédiaire. Crédit : Université de Houston

Ainsi, pour les historiens créant une chronologie de la fascination des cristaux et de la recherche s’étalant sur un million d’années, marquez janvier 2024 comme le moment où le chercheur Peter Vekilov de l’Université de Houston, professeur Frank Worley de génie chimique et biomoléculaire, a publié dans PNAS une réponse à la façon dont les cristaux se forment et comment les molécules en font partie.

« Depuis des décennies, les chercheurs en croissance cristalline rêvent d’élucider la réaction chimique entre les molécules entrantes et les sites uniques sur la surface cristalline qui les acceptent, les plis », a déclaré Vekilov. Le mécanisme de cette réaction, c’est-à-dire l’échelle de temps et de longueur caractéristiques, les intermédiaires possibles et leurs stabilités, est resté insaisissable et sujet à spéculation pendant plus de 60 ans.

Le principal obstacle à une compréhension plus approfondie a été le manque de données sur la manière dont les molécules s’intègrent, liée au processus complexe de passage de la solution à l’endroit où elles se développent.

NanoRacer pour scanner la structure moléculaire du cristal

Vekilov utilise le NanoRacer, qui utilise la microscopie à force atomique, pour numériser des échantillons à grande vitesse et obtenir des informations cruciales sur la structure moléculaire des cristaux. Crédit : Université de Houston

Pour comprendre la réaction chimique entre une molécule qui se dissout dans un liquide (soluté) et un pli, Vekilov a mobilisé deux stratégies de transformation, l’une utilisant des paires organiques complètes et la seconde utilisant quatre solvants aux structures et fonctions distinctes. En travaillant avec les molécules, il a combiné des techniques expérimentales de pointe, notamment la microscopie à force atomique in situ à résolution temporelle à une résolution proche de la molécule, la diffraction des rayons X, la spectroscopie d’absorption et la microscopie électronique à balayage.

C’est alors que Vekilov a fait une découverte révolutionnaire : l’incorporation dans les nœuds peut se produire en deux étapes divisées par un état intermédiaire et la stabilité de cet état intermédiaire est la clé de la croissance des cristaux. Il décide essentiellement de la vitesse à laquelle les cristaux se forment, car cela affecte la facilité avec laquelle les éléments peuvent se joindre au processus.

Bien que les nouvelles découvertes ne remontent pas à l’époque de l’Homo sapien, elles résolvent une énigme vieille de 40 ans pour Vekilov.

Vekilov détient un cristal de dihydrogène phosphate de potassium

Vekilov détient un cristal de dihydrogénophosphate de potassium (KDP). Crédit : Université de Houston

« Les notions d’état intermédiaire et de son rôle décisif dans la croissance cristalline réfutent et remplacent l’idée dominante dans le domaine, évoquée par AA Chernov, mon directeur de thèse, selon laquelle la barrière d’activation pour la croissance est déterminée par les interactions soluté-solvant dans le cristal. solution en vrac », a-t-il déclaré.

Le nouveau paradigme de l’incorporation en deux étapes, médiée par un état intermédiaire, pourrait aider à comprendre comment de petites parties d’un liquide peuvent influencer les formes détaillées des cristaux trouvés dans la nature.

« Tout aussi important, ce paradigme guidera la recherche de solvants et d’additifs qui stabilisent l’état intermédiaire pour ralentir la croissance, par exemple, de polymorphes indésirables », a déclaré Vekilov.

L’équipe de Vekilov comprend Jeremy Palmer, Ernest J et Barbara M Henley, professeur agrégé de génie chimique et biomoléculaire ; les anciens étudiants diplômés Rajshree Chakrabarti et Lakshmanji Verma ; et Viktor G. Hadjiev, Texas Center for Superconductivity à l’UH.

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