Quando si tratta del modo in cui gli scienziati reagiscono alle loro scoperte, "Questo è interessante" cade da qualche parte tra "Eureka!" e "Uh-oh."

"Interessante" è proprio quello che hanno pensato il dottor Jeremiah Gassensmith e il suo studente laureato Madushani Dharmarwardana quando hanno notato un comportamento insolito in un campione di cristalli con cui stavano lavorando nel laboratorio di chimica di Gassensmith all'Università del Texas a Dallas.

Come parte della sua ricerca di dottorato, Dharmarwardana stava indagando su come il materiale, da una famiglia di materiali semiconduttori organici chiamati naftalene diimmidi, cambia colore dall'arancione al giallo quando viene riscaldato.

"Stavamo guardando questo materiale come un semiconduttore termocromico, "disse Gassensmith, ricercatore presso il Dipartimento di Chimica e Biochimica della Scuola di Scienze Naturali e Matematiche. "Questi tipi di materiali semiconduttori cambiano colore al variare della temperatura. Pensa alle lattine di birra che cambiano colore quando sono fredde o alle strisce termometriche che cambiano colore che ti metti sulla fronte per controllare la febbre".

Mentre Dharmarwardana riscaldava i minuscoli cristalli, i campioni misuravano solo circa un ottavo di pollice, o un paio di millimetri, di dimensioni - notò che si sarebbero mossi, che era inaspettato.

"I cristalli si piegherebbero, bobina, flettere o saltare, farebbero di tutto, " Disse Gassensmith. "E' stato... interessante."

Sebbene tale comportamento termosaliente, noto anche come effetto del cristallo saltellante, sia stato osservato in altri tipi di cristalli, non era stato osservato in questa particolare classe di cristalli semiconduttori organici, disse Gassensmith. Tale comportamento è di interesse per i ricercatori perché potrebbe essere sfruttato per applicazioni come micromacchine, sensori, o minuscoli attuatori per dispositivi medici e muscoli artificiali.

Dharmarwardana ha condotto una nuova serie di esperimenti in cui ha incollato un'estremità del cristallo su un vetrino coprioggetto e ha posizionato il vetrino su una piastra calda.

"Mentre il piatto si scaldava, il cristallo cercava sempre di sottrarsi al calore, " ha detto. "La spiegazione per questo è che, una volta che il cristallo raggiunge una certa temperatura, la disposizione delle molecole all'interno del cristallo cambia. Questi cambiamenti si muovono in sequenza attraverso il materiale, partendo dalla parte calda che è attaccata alla superficie e si propaga. Questo fa sì che il cristallo cambi forma."

"Vediamo un'espansione colossale in questi materiali, quasi il 20 percento di dimensioni, " Ha detto Gassensmith. "Questo è tra i più grandi cambiamenti percentuali osservati in un materiale organico".

Nella sua prossima serie di esperimenti, Dharmarwardana ha incollato minuscole sfere di acciaio inossidabile ai cristalli ancorati per vedere quanto peso potevano sollevare i cantilever di cristallo mentre venivano riscaldati. Perché i cristalli sono fragili, si aspettava che si rompessero sotto il carico.

"Mi ha stupito quando ho visto che stava effettivamente sollevando la palla perché il cristallo è molto piccolo rispetto al peso, che era quasi 100 volte più pesante del cristallo, "Dharmarwardana ha detto. "Quando ho progettato l'esperimento, Non ho mai pensato che si sarebbe alzato. Pensavo che avrebbe rotto il cristallo".

Il carico massimo sollevato con un cantilever in cristallo lungo 3,5 millimetri era di circa 4 milligrammi, ad un'altezza di 0,24 millimetri.

Mentre il cristallo si raffreddava, si abbassò e tornò dritto. Durante il riscaldamento del materiale non si è verificato un altro cambiamento di forma, il materiale ha continuato a cambiare colore con ripetuti cambiamenti di temperatura.

"Questa non è una trasformazione reversibile, " disse Gassensmith. "Fondamentalmente, il cristallo inizia caricato con l'energia potenziale per cambiare forma ed eseguire il movimento, ma mantiene quell'energia finché il materiale non raggiunge una temperatura di transizione di fase. A quel punto, il cristallo vuole rilasciare questa energia. Se non è legato a nulla, il cristallo scoppierà o si arriccerà, ma fissandolo a un'estremità, possiamo dirigere il modo in cui l'energia viene rilasciata.

"È ancora un singolo cristallo, ma le sue molecole ora sono in una disposizione di imballaggio diversa che ha un'energia inferiore".

Gassensmith ha affermato che il prossimo passo è indagare ulteriormente sulle diverse varianti del materiale, compreso se il comportamento alla flessione dei materiali può essere incorporato nei sensori che cambiano colore o agire come un interruttore meccanico all'interno dell'elettronica organica.

"Sarà interessante vedere se possiamo indurre l'arricciatura in questi cristalli elettronicamente, " ha detto. "In linea di principio, dovremmo essere in grado di applicare una corrente elettrica per sollevare le cose, invece di usare un mucchio di riscaldatori."