Naaldje van kristal buigt en veert door bestraling met licht

Een microscopisch klein naaldje van kristal dat onder invloed van licht buigt en weer terug veert. Daarmee konden Japanse onderzoekers een al even minuscuul gouden balletje wegslaan, als was het naaldje een tennisracket (Nature, 12 april). Maar het is niet de geringe afmeting die het ‘racket’ – 200 micrometer lang en slechts vijf micrometer dik – zo speciaal maakt. Het bijzondere is juist de relatieve grootte van dit vervormbare kristal. Individuele moleculen vinden die onder invloed van licht van vorm veranderen is niet zo moeilijk. Het lastige is om de vormverandering in die individuele moleculen te vertalen naar een gecontroleerde vormverandering in een materiaal dat uit heel veel moleculen bestaat. In een kristal waarin de moleculen netjes gerangschikt zijn, zorgen vormveranderingen in een enkel molecuul of in een groepje moleculen namelijk al snel voor overlast bij buurmoleculen. Met scheurtjes en barstjes tot gevolg.

De Japanners waren dus op zoek naar een kristal waarin ruimte is voor vervorming en waarin de vervorming gelijkmatig verspreid door het kristal optreedt. Zij kwamen uit bij diaryl-etheen chromoforen. In deze moleculen zit een keten van zes koolstofatomen die zich na absorptie van ultraviolet licht sluit tot een ring, en zo het molecuul platter maakt. Absorptie van zichtbaar licht breekt vervolgens de ring weer open.

De vormverandering in deze kristallen bleek zich razendsnel te voltrekken. Ze reageerden binnen 25 microseconden op bestraling met ultraviolet licht: ongeveer 70 procent van de moleculen veranderde daarbij van vorm. Door de vervormde kristallen daarna met zichtbaar licht te bestralen, konden de Japanners ze weer in hun oorspronkelijke vorm terugbrengen. Zelfs na ruim twintig van die cycli was er geen spoor van scheurtjes of andere materiaalmoeheid, zo schrijven zij.

Zij onderzochten dat onder meer in kleine vierkanten kristallen (met zijdes van 10 tot 100 micrometer) die in ruiten veranderden. En die bovendien, ook als gevolg van de verandering in molecuulstructuur, van transparant naar blauw verkleurden. Daarnaast maakten zij rechthoekige kristallen van vergelijkbaar formaat die onder invloed van licht zeven procent krompen, en die van transparant verkleurden naar roodbruin.

De naaldjes waren een toevalstreffer. Dat zij doorbuigen, komt waarschijnlijk doordat de moleculen nu juist vooral in het midden vervormden, waar het naaldje bestraald werd. Maar het fijne van dit proces is nog niet begrepen. Hoe dan ook zijn de materialen, zo concluderen de Japanners, veelbelovende kandidaten voor minuscule mechanica.

Margriet van der Heijden