I grandi cristalli che crescono nell'acqua si formano spesso da minuscoli nanocristalli che si attaccano continuamente insieme. Durante l'attaccamento, queste minuscole particelle si agganciano alla superficie, come i mattoncini LEGO. È necessario un po' di coppia per ruotare le particelle in posizione per il fissaggio. Misurando e calcolando le forze che forniscono questa coppia, i ricercatori hanno scoperto che l'acqua ha un ruolo più significativo di quanto si pensasse in precedenza. Modelli d'acqua su superfici di particelle, organizzandosi in strutture che raggiungono le particelle in arrivo, dicendo loro come allinearsi in modo ottimale per l'attaccamento, da assemblare in cristalli più grandi. Man mano che queste particelle orientate si avvicinano, le strutture idriche intermedie dissimulano, permettendo alle particelle di attraccare insieme.

Perché studiare l'attaccamento delle particelle? Comprenderlo consente previsioni più accurate di quando si formeranno i minerali e quando no. Questa conoscenza aiuta i geologi nell'estrazione delle risorse energetiche e nello smaltimento dei rifiuti. È anche cruciale nella progettazione di materiali con nanomodelli. I materiali sono utilizzati in dispositivi elettronici, supporti catalizzatori, e accumulo di energia. In queste zone, i processi di produzione a base acquosa possono trarne vantaggio. Diventano più efficienti e sostenibili di quelli tradizionali.

Sapere come si formano i minerali è vitale per l'estrazione di energia dal sottosuolo e lo stoccaggio dei rifiuti, creare catalizzatori su misura, e altro ancora. I minerali possono formarsi tramite l'attaccamento di particelle, che comporta l'accumulo ripetuto di particelle fino a quando non emergono grandi cristalli, ma i ricercatori stanno ancora scoprendo quando e come ciò si verifica. Durante ogni passaggio, una particella di dimensioni nanometriche si aggancia alla superficie. Quando le particelle si attaccano, espellono l'acqua tra le loro superfici. Le forze coinvolte in questo processo non erano state determinate in modo definitivo. Il team ha misurato e calcolato le forze che forniscono la coppia per l'allineamento, lavorando su una scala quasi atomica. In un sistema di ossido di zinco, hanno scoperto che l'acqua si organizza sulle superfici delle particelle. L'acqua trasmette i dati strutturali sulla superficie sottostante alle particelle in arrivo. Se le particelle in ingresso sono fortemente disallineate, l'acqua funge da barriera a un fissaggio errato, limitando la crescita di cristalli difettosi. Comprendere i molti ruoli dell'acqua nella formazione dei minerali offre vantaggi nelle geoscienze e nella progettazione di materiali a base acquosa.