Sommige materialen gedragen zich onverwacht. Ze breken anders dan gedacht of reageren op manieren die moeilijk te verklaren zijn. De oorzaak ligt vaak in hun atomaire structuur: is die netjes geordend, zoals in een kristal? Of juist rommelig, zoals in glas? Onderzoekers van de Universiteit Twente maakten nu een materiaal dat beide tegelijk is. In twee richtingen is het chaotisch, in de derde richting perfect geordend. Hun resultaten verschenen in Nature Communications.
In de materiaalkunde maken onderzoekers al ruim een eeuw onderscheid tussen kristallijn en amorf. Kristallen, zoals zout of diamant, hebben een strak herhalend patroon van atomen. Amorf materiaal, zoals glas, mist die langeafstand-orde. "Dat onderscheid gebruiken we dagelijks", zegt UT-onderzoeker Mark Huijben. "Maar we nemen vaak aan dat orde of wanorde een eigenschap van het hele materiaal is. Ons werk laat zien dat het ook een kwestie van richting kan zijn."
Het nieuwe materiaal bestaat uit extreem dunne lagen zonder herhalend patroon in het vlak. Amorf dus. Maar die lagen liggen wel perfect periodiek op elkaar gestapeld. Kijk je naar het vlak van zo’n laag, dan zie je chaos. Kijk je loodrecht op de stapel, dan zie je orde tussen alle lagen. Onderzoeker André ten Elshof vergelijkt het met een stapel papier: "Elk vel kan willekeurig beschreven zijn. Van bovenaf zie je geen patroon. Maar de stapel zelf ligt kaarsrecht. Dat is wat we hier op atomaire schaal zien."
De kernvraag was: hoe bewijs je dat er nergens toch een herhaling verstopt zit? Met een elektronenmicroscoop brachten de onderzoekers de posities van de atomen in beeld. Maar om te testen of er op grotere schaal een regelmatige structuur aanwezig is, gebruikten ze ook röntgenstraling.
Een kristal verraadt zich daarbij door scherpe, vaste patronen in de verstrooiing van het röntgenlicht. Een amorf materiaal geeft juist diffuse signalen zonder vaste herhaling. In dit materiaal zagen de onderzoekers beide tegelijk: scherpe signalen in één richting en diffuse patronen in de andere twee. "We wilden absoluut zeker weten dat we geen subtiele herhaling over het hoofd zagen", zegt ten Elshof. "Nu kunnen we aantonen dat ’geen herhaling’ ook echt bewijsbaar is."
"We dachten lang dat amorf en kristallijn twee uitersten waren", zegt Huijben. "Dit materiaal laat zien dat ze in één structuur kunnen samenkomen." Daarmee verschuift de klassieke tweedeling tussen orde en chaos. Die blijkt geen harde scheidslijn, maar een kwestie van perspectief. "Veel nieuwe materialen hebben eigenschappen gebaseerd op structuren die zich tussen amorf en kristallijn bevinden", zegt ten Elshof. "Dit nieuwe inzicht helpt bij het optimaliseren van de prestaties voor de gewenste toepassingen."
ir. Mark Huijben en ir. André ten Elshof zijn hoogleraren aan de faculteit TNW van de Universiteit Twente. Zij publiceerden hun resultaten in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Communications in een paper met de titel " Orientation-dependent mutual crystalline and amorphous order in a single phase solid".
DOI: 10.1038/s41467-026-69359-3
