Opmerkelijk geval van zelf-organisatie bij molybdeenkristallen

Onderzoekers van het Naval Research Laboratory in Washington hebben een opmerkelijk geval van zelforganisatie inde dode natuur ontdekt. Zij deden hun ontdekking tijdens een onderzoek naar het ontstaan van kristallen in molybdeendamp. Deze damp werd gemaakt door een stukje molybdeen te beschieten met argonionen. Door de aldus losgeslagen molybdeenatomen op te vangen op een onderlaag van een andere samenstelling kan men met deze techniek (die sputtering wordt genoemd) zeer dunne lagen fabriceren.

De onderzoekers bemerkten dat er in de molybdeendamp alleen kristallisatie platsvond wanneer de dichtheid van de atomen in de damp voldoende hoog was. Er konden dan deeltjes ontstaan die uit duizend of meer atomen bestonden. Vele van de aldus gevormde molybdeendeeltjes bleken kubusvormige kristalletjes te zijn.

De afmetingen van deze kristalletjes waren echter niet willekeurig verdeeld. Er bleek een duidelijke voorkeur voor kubussen met ribben van 4,8 of 17,6 nanometer te bestaan; er werd geen enkele kubus met ribben tussen 9 en 14 nanomter gesignaleerd.

De kleinere kubussen waren opgebouwd uit steeds circa 7000 atomen. De grotere kubussen waren opgebouwd uit steeds 3x3x3 (dus 27) van deze kleinere kubussen; deze laatste zaten dus als de blokken in een (eenvoudige) blokkendoos in de grotere kubussen opgesloten.

Nu verhouden de ribben van de kleine en de grote kubussen zich als 4,8 staat tot 17,5, dus als 1 staat tot 3,6 en niet als precies 1 staat tot 3. De grote kubussen zijn dusts te ruim. Een van de oorzaken daarvan zou kunnen zijn dat de kleine kubussen niet precies even groot en recht zijn en dus niet helemaal 'spelingsvrij' in de grote kunnen worden samengepakt (Science 251, p. 1590).

Zelf-organisatie komt in de levende natuur algemeen voor; het is een onmisbaar proces in de ontwikkeling van het leven. In de dode natuur wordt zelf-organisatie gewoonlijk alleen waargenomen wanneer de bouwstenen atomen, moleculen en clusters van minder dan honderd atomen zijn. Dat kristallen diuit duizenden atomen bestaan zich in 3x3x3-configuraties ordenen is dus zeer ongewoon. Kristallen groeien meestal als regelmatige veelvlakken of als dendritische (vertakte) structuren en vertonen niet de kubus-structuur die nu bij molybdeen is waargenomen.