Onderzoekers van de Universiteit Utrecht en de Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM) is het gelukt om een nieuw soort kristallen te maken van perspex bolletjes van ongeveer een duizendste millimeter in doorsnede. Deze kristallen zijn opgebouwd uit bolletjes, ook wel colloïden genoemd, met een tegengestelde lading. De nieuwe exotische kristalstructuren hebben interessante optische eigenschappen. Daarom zijn ze veelbelovend voor gebruik in bijvoorbeeld beeldschermen, elektronische inkt of optische schakelaars. De onderzoekers publiceerden hierover in het wetenschappelijke tijdschrift de Physical Review Letters op 7 april 2006.

De natuurkundige Marjolein Dijkstra (Universiteit Utrecht) en haar collega’s kwamen deze nieuwe soort kristalstructuren op het spoor door zeer geavanceerde computerberekeningen uit te voeren op tegengesteld geladen colloïden. De computersimulaties voorspellen kristalstructuren van gewone zoutkristallen, zoals het bekende keukenzout. Maar zeer verrassend voorspelde de computer ook een heleboel exotischer kristalstructuren, die nog niet eerder in de natuur waren waargenomen.

Twee andere onderzoekers van de Universiteit Utrecht hebben deze nieuwe klasse van kristallen experimenteel kunnen maken. Dit bewijst dat de nieuwe simulatietechniek betrouwbare voorspellingen geeft voor de structuren van colloïdale kristallen.

Computerchip
Elektronische apparaten worden steeds kleiner, goedkoper en sneller. Waar men nu tegenaan loopt, is dat er bijvoorbeeld alleen platte en tweedimensionale computerchips gemaakt kunnen worden. Een driedimensionale computerchip zou ingewikkelder systemen mogelijk maken. Een veelbelovende techniek om deze driedimensionale structuren te maken, is spontane ordening. Hier is echter nog te weinig kennis over om dit op grote schaal toe te kunnen passen in de nano/micro-elektronica.

Spontane ordening
Elektrostatische wisselwerkingen, waarbij positief en negatief geladen deeltjes elkaar aantrekken, spelen een belangrijke rol bij spontane ordening. De invloed van deze wisselwerkingen zijn in dit onderzoek theoretisch onderzocht voor een eenvoudig mengsel van minuscule bolletjes, die positief en negatief geladen zijn. De computerberekeningen van de onderzoekers voorspellen de spontane ordening van een opmerkelijke verscheidenheid aan nieuwe exotische kristalstructuren. Misschien is deze nieuwe klasse van kristalstructuren straks bruikbaar in optische, elektronische en magnetische devices.

Website
Zie ook http://www.phys.uu.nl/~mdijkstr  

Vragen

• Waar bestaan deze kristallen uit?
• Wat zijn elektrostatische wisselwerkingen
• Waarvoor is dit onderzoek nuttig en waar kunnen we deze informatie in de toekomst voor gebruiken?