I cristalli possono essere realizzati artificialmente ma viene utilizzata molta energia per fondere gli ingredienti insieme, e questo può renderli costosi. Questo problema può essere superato utilizzando solventi appropriati. Chiamato il metodo del flusso, i cristalli vengono coltivati ​​in un crogiolo che contiene solventi che consentono al cristallo di formarsi con meno energia perché la dissoluzione avverrà più facilmente. Immagina di avere sale da cucina e di voler formare cristalli di una struttura desiderabile. Il sale può essere riscaldato fino al punto di fusione che richiederebbe molta energia, o, può essere sciolto in un solvente come acqua, e l'acqua può essere evaporata a una temperatura molto più bassa rispetto al tentativo di riscaldare il sale da solo. Trovare le giuste condizioni è la chiave per avere buone ricette di cristallo.

Katsuya Teshima della Shinshu University è un esperto di ricette di flusso per la crescita dei cristalli, e continua la ricerca per produrre cristalli ottimali di proprietà desiderabili. Con il recente articolo pubblicato su Crescita e design dei cristalli Teshima, il primo autore Shunsuke Ayuzawa e il loro team hanno studiato i rubini (Al ₂ oh ₃ :Cr) e la sua curva di solubilità in flusso. Il metodo del flusso di crescita dei cristalli è attualmente il metodo preferibile per procurarsi i cristalli perché ha un impatto ambientale trascurabile. Con questa ricerca, Teshima e il suo team della Shinshu University hanno studiato la curva di solubilità parziale della crescita dei cristalli di rubino nel triossido di molibdeno (MoO ₃ ).

La curva di solubilità è un grafico che mostra quanto si dissolve a quale temperatura. È fondamentale conoscere queste informazioni per far crescere i cristalli con precisione. Con questa ricerca, la curva di solubilità di Al ₂ oh ₃ :Cr in MoO ₃ per 1050 a 1200 ° C è stato ottenuto. Capire la curva di solubilità di questo cristallo che vaporizza a temperature così elevate era stato estremamente difficile, ma questo team è riuscito a trovare un modo utilizzando il principio guida della crescita epitassiale su un substrato di zaffiro a cristallo singolo per misurare una piccola quantità di crescita del cristallo di rubino. La chiave era distinguere tra lo strato di rubino rosso e lo strato di zaffiro trasparente quando il flusso evaporava.

Ruby è la parola latina per rosso, e come suggerisce il nome, è rinomato per il suo bel colore rosa e marrone. I rubini sono una delle cinque gemme cardinali perché erano rari in passato. Altre gemme cardinali sono i diamanti, smeraldi, zaffiro e ametista. Quello che sta diventando più evidente è che i rubini non sono solo belli da vedere, ma hanno proprietà che possono essere utilizzate in una varietà di settori. I rubini hanno resistenza meccanica, eccellenti proprietà ottiche e sono chimicamente stabili. I cristalli singoli di rubino sono ottimi dispositivi ottici. Il primo laser solido segnalato nel 1960 era fatto di cristallo di rubino.

A differenza dei diamanti che sono fatti di puro carbonio, i rubini sono costituiti da una miscela del minerale corindone, una forma cristallina di ossido di alluminio con una traccia di cromo che gli conferisce il colore rosso. La temperatura di mantenimento, che è la temperatura alla quale viene mantenuta la soluzione, produce diversi tipi di rubini con proprietà diverse. La curva di solubilità appena scoperta consentirà agli scienziati di essere più precisi durante la produzione di cristalli.

Teshima, un ricercatore universitario, spera di sistematizzare il diagramma di fase dei metodi di flusso per tutti i materiali. Avendo fatto affidamento su esperienza e conoscenza in passato, condurrà più ricerche eseguite attraverso la chimica analitica e la scienza computazionale dal punto di vista della chimica di processo. Crede che nuove sostanze possano essere scoperte e create per svolgere nuove funzioni attraverso la sistematizzazione del metodo del flusso.