Вчені UCLA виявили загадкові спіралі на твердих поверхнях: прорив у вивченні хімічних структур. На невеликому шматку германію спонтанно виникають сотні впорядкованих візерунків. Дослідники з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі (UCLA) зробили дивовижне відкриття: хімічна реакція, що взаємодіє з механічними силами, створює складні спіральні структури на поверхні германію. Ця знахідка стала найзначнішим проривом у вивченні хімічного формування візерунків з 1950-х років. Розуміння цих процесів може допомогти пояснити природні явища, такі як утворення тріщин у матеріалах або вплив механічного напруження на біологічне зростання.
Як народилося відкриття
Докторантка UCLA Їлін Вонг випадково залишила зразок германію з металевими плівками на ніч. Наступного дня вона помітила крихітні точки на поверхні, які під мікроскопом виявилися вражаючими спіральними візерунками, утвореними внаслідок хімічної реакції.
Досліджуючи цей феномен, Вонг виявила, що сотні майже ідентичних спіралей самостійно сформувалися на площі всього в один квадратний сантиметр. Змінюючи товщину металевої плівки та склад розчину, вона отримувала різні типи візерунків, включаючи архімедові та логарифмічні спіралі, симетричні квіткові форми та інші унікальні структури. Результати дослідження були опубліковані у журналі Physical Review Materials.
Механізм утворення спіралей
Разом із професором фізики Джованні Цоккі, Вонг досліджувала процес каталізу, в якому тонкі плівки хрому та золота вступали у взаємодію з м’яким травильним розчином. Під час реакції металевий шар відшаровувався, створюючи механічне напруження, що призводило до формування спіральних візерунків.
«Товщина металевої плівки, початковий механічний стрес та склад розчину визначають тип утвореного візерунка», — пояснює Цоккі.
Зв’язок із біологічним ростом та природними структурами
Цей механізм нагадує процеси у природі, де ферменти каталізують ріст тканин, що може призводити до утворення складних форм, подібних до тих, що спостерігали Вонг та Цоккі.
«У природі такий зв’язок між хімічною реакцією та механічним деформуванням є всюдисущим, але в лабораторних умовах його зазвичай не вивчають», — зазначає Цоккі.
Прорив у вивченні хімічних патернів
Відкриття Вонг-Цоккі стало найбільш значущим проривом у дослідженні хімічного утворення візерунків із часів експериментів Бориса Бєлоусова та теоретичних моделей Алана Тюрінга. Це відкриває нові перспективи у вивченні складних систем та їх застосування в матеріалознавстві, біології та нанотехнологіях.