Кристаллы принято считать жёсткими и хрупкими, однако некоторые молекулярные кристаллы под действием света могут гнуться, прыгать, скручиваться и менять форму. Исследователи из Национального университета Тайваня под руководством Дже-Шейна Янга раскрыли механизм, который позволяет таким материалам выдерживать значительные деформации без разрушения. Работа опубликована в журнале Angewandte Chemie International Edition. Эту информацию сообщает сайт Phys.org.
Учёные выяснили, что молекулы в этих кристаллах устроены наподобие сети соединённых ножниц: соседние молекулы образуют шарниры, позволяющие структуре согласованно растягиваться и сжиматься. При изгибе кристалла «ножницы» раскрываются с одной стороны и закрываются с другой, помогая снять напряжение. Свет запускает аналогичные перестройки, вызывая гораздо более сильную деформацию.
Для наблюдений использовались рентгеновские измерения изогнутых кристаллов, компьютерное моделирование, анализ монокристаллов и твердотельная ЯМР-спектроскопия. Ключевым стало описание структуры кристалла в промежуточной стадии световой трансформации, которое дало прямое доказательство масштабной перестройки, связанной с движением «ножниц».
Сравнив несколько родственных кристаллов с разной длиной полуфторированного сегмента, команда обнаружила, что даже небольшие изменения приводят к разному поведению: одни кристаллы хрупкие, другие демонстрируют резкое светоиндуцированное движение и фрагментацию, третьи способны к необычно большому упругому изгибу и расширению без разрушения. Решающую роль играет исходное положение «ножниц»: чем больше запас для их раскрытия и закрытия, тем устойчивее кристалл к деформации.
«Наши результаты показывают, что замечательное движение этих кристаллов объясняется согласованными перемещениями на молекулярном уровне», — отмечает соавтор работы Янг, профессор химии Национального университета Тайваня. Понимание этого механизма, по словам учёных, поможет создавать молекулярные кристаллы, сочетающие большие отклики с механической прочностью для будущих применений в актуаторах, сенсорах и миниатюрных устройствах.