La cristallizzazione descrive la formazione di strutture ordinate dai costituenti disordinati di un liquido. Sebbene la teoria fondamentale della formazione dei cristalli sia stata ampiamente studiata ed è generalmente ben consolidata, permangono ancora lacune nella comprensione. Ricercatori dell'Università di Tokyo, Istituto di Scienze Industriali, e la Tokyo Metropolitan University hanno riportato risultati sperimentali che rivelano l'accoppiamento tra le transizioni di fase che porta a un drastico miglioramento della formazione dei cristalli. I loro risultati sono pubblicati in PNAS .

All'interno di un liquido, anche liquidi costituiti da un solo componente, possono esserci più fasi distinte con proprietà diverse. Variazioni nelle condizioni sperimentali possono far passare il liquido da una di queste fasi all'altra in un processo chiamato transizione liquido-liquido (LLT). Se queste transizioni si verificano appena al di sotto del punto di fusione del cristallo, possono influenzare la sua formazione iniziale, noto come nucleazione. Però, il meccanismo di tali effetti e l'applicabilità generale di queste osservazioni rimangono sconosciuti.

I ricercatori riportano un significativo accoppiamento di cristallizzazione e LLT per il trifenilfosfito liquido molecolare. Ricottura-raffreddando e mantenendo-il liquido a temperature relative al LLT del materiale, sono stati in grado di aumentare notevolmente la velocità di nucleazione e la frequenza della successiva cristallizzazione.

"Siamo stati in grado di separare i fattori cinetici e termodinamici che contribuiscono alla formazione dei cristalli, " L'autore principale dello studio Rei Kurita spiega. "Gli LLT causati dalla ricottura portano a cambiamenti nell'ordine locale delle molecole. A causa del legame che abbiamo identificato tra cristallizzazione e LLT, questi cambiamenti ne provocano di simili nella fase cristallina, che abbassa l'energia tra la fase cristallina e quella liquida rendendo più facile la nucleazione dei cristalli. Speriamo che i nostri risultati possano essere usati come una maniglia per dirigere il comportamento di cristallizzazione".

Oltre a portare al controllo e alla personalizzazione degli effetti di cristallizzazione, i ricercatori ritengono che le loro scoperte potrebbero essere utilizzate anche per sondare le proprietà dei materiali identificando gli LLT nei materiali in cui i loro effetti sono oscurati dalla cristallizzazione. Per esempio, l'approccio potrebbe essere utilizzato per acquisire una comprensione più profonda dell'acqua, silicio, germanio, e sistemi liquidi metallici.

"I nostri risultati forniscono informazioni utili per comprendere e controllare la cristallizzazione, " Spiega l'autore dello studio Hajime Tanaka. "Riteniamo che il nostro lavoro potrebbe avere implicazioni significative sia per gli studi fondamentali che per le applicazioni industriali; Per esempio, nella realizzazione di cristalli proteici da utilizzare nella ricerca sulle malattie, o in materiali nanocristallini per l'uso nella tecnologia."