結晶の理解を一変させる:不規則な配列構造を発見し、これまでの常識を覆した(Rensselaer Researcher Transforms Our Understanding of Crystals:Discovery of irregularly arranged structures upends previous beliefs)

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2023-05-18 レンセラー工科大学 (RPI)

◆結晶は一般的に規則的に配置された材料として知られていますが、レンセラー工科大学のSangwoo Lee准教授率いる研究チームが、結晶構造は必ずしも規則的ではないことを発見しました。彼らは、X線散乱データを分析することで、乱雑な結晶構造であるRHCP(乱雑な二次元六角層の積み重ね)が安定な構造であることを明らかにしました。これにより、従来の結晶の定義に疑問が投げかけられました。
◆この研究は、材料科学の分野において重要な突破口であり、半導体、太陽電池、電気自動車技術などへの応用の可能性が示されました。研究チームの発見は、新しい特性を持つ材料の開発につながると期待されています。

<関連情報>

コロイド結晶が安定なランダム秩序を経て連続的に転移することを発見 Continuous transition of colloidal crystals through stable random orders

Juhong Ahn,Liwen Chen,Patrick T. Underhill,Guillaume Freychet,Mikhail Zhernenkov  and  Sangwoo Lee
Soft Matter  Published:14 Apr 2023
DOI:https://doi.org/10.1039/D3SM00199G

Graphical abstract: Continuous transition of colloidal crystals through stable random orders

Abstract

Randomly stacked 2D hexagonal close-packed (RHCP) layer structures are frequently observed in colloids and other material systems but are considered metastable. We report a stable RHCP phase domain of poly(butadiene-b-ethylene oxide) (PB-PEO) diblock copolymer micellar colloids in water. The stable RHCP colloidal crystals emerge in the middle of a continuously transiting phase domain of close-packed PB-PEO colloids from a face-centered cubic (FCC) polytype to a HCP polytype. We attribute the stability of RHCP structures to two competing contributions, entropic preference for FCC lattices and long PEO corona chains stabilizing HCP lattices. When these two contributions become comparable in the phase space, thermal fluctuation randomizes the stacking order of the 2D-HCP layers, and RHCP orders are stabilized. The continuously transiting close-packed structures of PB-PEO colloids with stable RHCP states suggest that similar structural transitions and equivalent RHCP states may occur in other polytypic crystal systems because polytypic crystals have the common crystal construction rule, i.e., stacking 2D-HCP lattice layer groups in different orders.

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