När en droppe havssprut landar på en sten och värmer under middagssolen, saltet kristalliseras och faller ut ur det förångande vattnet som en kristall – vilket hjälper till att driva jordens atmosfär och lämnar en läcker kryddkärna till middag.

Nu, i ett fynd med konsekvenser för allt från klimatmodeller till läkemedelsproduktion, beräkningsforskning från Princeton University har visat att processen innehåller ett extra steg.

"Vi försökte förstå hur fasta ämnen faller ur lösningen som kristaller, "sade Athanassios Panagiotopoulos, Susan Dod Brown professor i kemi- och biologisk teknik och projektets ledande forskare. "Detta händer när du försöker göra en farmaceutisk komponent, för att få din önskade ingrediens i ren form. Det är också relevant för atmosfäriska processer. Så, både för miljöapplikationer och tekniska tillämpningar, det här är en mycket viktig process."

Resultaten, publicerad som en omslagsartikel i Journal of Chemical Physics den 22 mars, visa att när salter i en övermättad lösning faller ut som kristaller, de går först igenom en kort mellanfas. I detta första snabba steg, saltjoner i lösningen bildar störda kluster som forskarna har kallat "amorft salt, " som representerar ett halvkristallint tillstånd. Det tillståndet varar mellan 10 och 100 nanosekunder, bara miljarddels sekund, innan halvkristallerna börjar ordna om sig själva till ett mer ordnat tillstånd som sanna kristaller.

Arbetet krävde komplexa beräkningsmodeller som kördes i flera månader för att se hur dessa lösningar utvecklas bortom deras mättnadströsklar. Forskarna tror att denna nya ram kommer att göra det möjligt för forskare att få en bättre, mer exakt ram för deras experimentella resultat.

Förutom Panagiotopoulos, ordförande för kemi- och biologisk teknik, laget inkluderade Hao Jiang, tidigare postdoktor i kemi och biologisk teknik och nu vid University of Pennsylvania; och Pablo Debenedetti, 1950 års professor i teknik och tillämpad vetenskap och Princetons dekan för forskning.