Các nhà khoa học tại Đại học New York (NYU) vừa công bố một phát hiện đáng chú ý: ánh sáng có thể được sử dụng như một “điều khiển từ xa” để tạo ra, tái định hình và thậm chí xóa bỏ tinh thể chỉ trong thời gian rất ngắn. Nghiên cứu được công bố ngày 24/2 trên tạp chí Chem (thuộc Cell Press), mở ra triển vọng phát triển các vật liệu mới có khả năng phản ứng linh hoạt với ánh sáng.

Tinh thể hiện diện khắp nơi trong đời sống, từ bông tuyết, kim cương cho đến chip silicon trong thiết bị điện tử. Chúng được cấu thành từ các hạt sắp xếp theo cấu trúc lặp lại, có trật tự cao. Trong phòng thí nghiệm, các nhà khoa học thường sử dụng hạt keo – những quả cầu siêu nhỏ lơ lửng trong chất lỏng – để nghiên cứu quá trình tự sắp xếp này. Khi tập hợp lại, chúng tạo thành “tinh thể keo”, nền tảng quan trọng cho nhiều vật liệu quang học và quang tử như cảm biến hay laser.

Hình minh họa: scitechdaily.com

Tuy nhiên, việc kiểm soát chính xác thời điểm và vị trí tinh thể hình thành từ lâu vẫn là thách thức. Nhóm nghiên cứu tại NYU đã tìm ra giải pháp bất ngờ: bổ sung vào dung dịch các phân tử nhạy sáng gọi là “photoacid”. Khi được chiếu sáng, các phân tử này tạm thời tăng độ axit, làm thay đổi điện tích bề mặt của hạt keo.

Sự thay đổi điện tích quyết định việc các hạt hút nhau để kết tinh hay đẩy nhau để phân tán. Chỉ cần tăng hoặc giảm cường độ chiếu sáng, các nhà khoa học có thể khiến tinh thể xuất hiện, tan rã hoặc tái cấu trúc theo ý muốn. Thông qua kết hợp thí nghiệm và mô phỏng máy tính, nhóm cho thấy họ có thể kiểm soát vị trí kết tinh, “điêu khắc” cấu trúc, cũng như nâng cao độ đồng đều và kích thước của tinh thể.

Một ưu điểm nổi bật của phương pháp này là tính đơn giản. Toàn bộ quá trình diễn ra trong một hệ thống duy nhất, không cần thay đổi thành phần dung dịch hay thiết kế lại hạt. Việc điều chỉnh ánh sáng đủ để đảo ngược quá trình kết tinh nhiều lần.

Theo các nhà khoa học, kỹ thuật này có thể mở đường cho thế hệ vật liệu “lập trình bằng ánh sáng”, trong đó cấu trúc và tính chất có thể được ghi, xóa và ghi lại nhiều lần. Ứng dụng tiềm năng bao gồm lớp phủ quang học tái cấu hình, cảm biến thích ứng, màn hình thế hệ mới và công nghệ lưu trữ dữ liệu linh hoạt.

Phát hiện này được đánh giá là bước tiến quan trọng hướng tới các hệ vật liệu động, có thể thay đổi theo nhu cầu thay vì cố định ngay từ khâu sản xuất.

nttvy (scitechdaily.com)