Un "cristall dintre d'un cristall", pas endavant cap a nous dispositius electrònics

Crear un cristall de mil·lèsimes de mil·límetre dintre d'un altre cristall. Això és el que han aconseguit investigadors de la Universitat de Chicago, en un treball pioner que obre perspectives per obtenir dispositius electrònics i òptics amb noves propietats. El treball s'ha publicat a la revista Science Advances.

Tècnicament, el que han fet els investigadors és introduir defectes cristal·lins de característiques controlades a l'interior d'un cristall líquid. L'equip encapçalat per Paul Nealey i Juan de Pablo, de l'Escola Pritzker d'Enginyeria Molecular de la Universitat de Chicago, ha creat així cristalls que poden reflectir la llum a certes longituds d'ona, inaccessibles per a altres cristalls.

A més, aquests cristalls es poden manipular canviant la temperatura, aplicant un voltatge o afegint additius químics i obtenir, així, propietats diferents.

Els autors investigaven les anomenades "fronteres de gra sòlid-sòlid", defectes produïts en la intersecció on es troben dos tipus de cristall d'un mateix material policristal·lí. Aquests defectes són essencials per determinar les propietats del material, com ara ductilitat, conductivitat i resposta òptica.

El gran problema és controlar la creació d'aquests defectes per tal de poder obtenir propietats concretes. L'enginyeria de gra de frontera estudia com manipular la presència, orientació i forma d'aquests defectes. Els autors afirmen que, fins on ells coneixen, no hi ha precedent de la creació de grans de frontera esculpits de forma precisa.

Tecnologia innovadora

Els autors han treballat amb cristalls líquids tous, que tenen propietats tant de cristalls sòlids com de líquids amorfs -és a dir, no cristal·lins-. I en aquests és de particular interès les fases blaves, uns patrons molt regulars que reflecteixen la llum visible. En la fase blava, els cristalls presenten propietats tant de líquids com de cristalls i per això posseeixen característiques peculiars per transmetre o reflectir la llum visible. Per això, tenen millors propietats òptiques.

Per obtenir-los, els investigadors de Chicago van fer servir una tecnologia innovadora, dipositant cristalls líquids en superfícies amb determinats patrons químics. Després els manipulaven per modificar la seva orientació. D'aquesta forma, van ser capaços d'obtenir un cristall en fase blava esculpit dintre d'un altre cristall en fase blava. I això significa un gran avenç, com explica Juan de Pablo:

"Això significa que el material pot canviar les seves característiques òptiques amb molta precisió. Ara tenim un material que pot respondre a estímuls externs i reflectir la llum a longituds d'ona particulars per a les quals fins ara no teníem bones alternatives".

Amb aquesta tecnologia es podran fabricar estructures perfectament uniformes a nanoescala, és a dir, a una escala de milionèsimes de mil·límetre.

Bacteris dintre del cristall

Al juliol, un altre equip codirigit també per Juan de Pablo va descriure l'ús de bacteris vius per crear cristalls líquids vius. El treball es va publicar a la revista Physical Review X.

L'objectiu era el mateix: produir defectes en el cristall per obtenir noves propietats. En aquest cas, però, la introducció de bacteris feia que aquests actuessin de forma autònoma per produir unes alteracions que generaven vistosos motius vegetals, com pètals d'una flor o branques d'un arbre.

Però l'efecte desitjat no és estètic, sinó controlar els processos que dirigeixen la formació d'aquests defectes, com explica De Pablo:

"La gènesi d'aquestes inestabilitats ha estat un tema d'intens debat i ara coneixem de debò com funciona aquest procés, que finalment ens conduirà a controlar el comportament d'aquest material".

Els investigadors esperen que controlant el procés es pugui crear un nou tipus de dispositius de mida molt petita que transportin fluids de forma autònoma, sense necessitat de bombes o d'exercir pressió, o crear sistemes sintètics semblants a cèl·lules que es puguin moure de manera autònoma d'un lloc a un altre.