La méthode « Crystal Clear » qui révolutionne l’étude des cristaux

Des chercheurs américains ont mis au point une méthode innovante pour visualiser les cristaux en examinant leurs structures internes, semblable à une vision aux rayons X. Cette technique, baptisée « Crystal Clear », combine l’utilisation de particules transparentes et de microscopes avec des lasers, permettant aux scientifiques de voir chaque unité constituant le cristal et de créer des modèles tridimensionnels dynamiques.

Les chercheurs de l’Université de New York ont développé une technique révolutionnaire pour examiner les structures internes des cristaux. Baptisée «Crystal Clear», cette méthode utilise des particules transparentes et des microscopes équipés de lasers. Grâce à cette approche, chaque unité composant le cristal devient visible, permettant la création de modèles tridimensionnels dynamiques.

«C’est une plateforme puissante pour étudier les cristaux,» indique Stefano Sacanna, professeur de chimie à NYU et principal investigateur de l’étude. «Auparavant, en observant un cristal colloïdal au microscope, seule la forme et la structure de la surface étaient perceptibles. Désormais, il est possible de voir à l’intérieur et de connaître la position de chaque unité dans la structure.»

Les cristaux atomiques et leurs défauts

Les cristaux atomiques sont des matériaux solides dont les blocs de construction sont disposés de manière répétitive et ordonnée. Parfois, un atome manque ou est mal placé, créant ainsi un défaut. L’agencement des atomes et des défauts génère différents matériaux cristallins, allant du sel de table aux diamants, et leur confère leurs propriétés spécifiques.

Pour étudier les cristaux, de nombreux scientifiques se tournent vers des cristaux composés de minuscules sphères appelées particules colloïdales plutôt que des atomes. Les particules colloïdales, bien que minuscules – souvent d’un diamètre d’environ un micromètre, soit des dizaines de fois plus petites qu’un cheveu humain – sont beaucoup plus grandes que les atomes et donc plus faciles à observer au microscope.

Une structure transparente

Dans leurs travaux continus pour comprendre la formation des cristaux colloïdaux, les chercheurs ont reconnu la nécessité de voir à l’intérieur de ces structures. Dirigée par Shihao Zang, doctorant dans le laboratoire de Sacanna et premier auteur de l’étude, l’équipe a cherché à créer une méthode pour visualiser les blocs de construction à l’intérieur d’un cristal. Ils ont d’abord développé des particules colloïdales transparentes et ajouté des molécules de colorant pour les marquer, rendant chaque particule discernable sous un microscope grâce à leur fluorescence.

En plus d’observer des cristaux statiques, cette nouvelle technique permet aux scientifiques de visualiser les cristaux en transformation. Par exemple, lors de la fusion des cristaux, comment les particules se réarrangent-elles et les défauts se déplacent-ils ? Dans une expérience où les chercheurs ont fait fondre un cristal ayant la structure du sel minéral chlorure de césium, ils ont été surpris de constater que les défauts restaient stables et ne se déplaçaient pas comme prévu.

Pour valider leurs expériences sur les cristaux statiques et dynamiques, l’équipe a également utilisé des simulations informatiques pour créer des cristaux aux mêmes caractéristiques, confirmant que la méthode «Crystal Clear» capturait avec précision l’intérieur des cristaux.

«En un sens, nous essayons de rendre nos propres simulations obsolètes avec cette expérience – si l’on peut voir à l’intérieur du cristal, les simulations pourraient ne plus être nécessaires,» plaisante Glen Hocky, professeur adjoint de chimie à NYU, membre du Simons Center for Computational Physical Chemistry à NYU, et co-auteur de l’étude.

Légende illustration : La nouvelle technique permet aux scientifiques de voir chaque particule qui compose les cristaux colloïdaux et de créer des modèles dynamiques en trois dimensions. (Crédit : Shihao Zang)