Self-assembly has been the center of attention of many researchers from all branches of science. Self-assembly of static structures such as crystals often forms through energy minimization, while dynamic ones need constant energy flow to maintain their state. Most of the studies on self-assembly are limited to static self-assembly, anddespite its ubiquity in nature, our comprehensions of dynamic self-assembly are still in its infancy due to lack of experimental settings that can keep the system in its dynamical state. In 2017 a state-of-the-art dissipative (dynamic) self-assembly method was introduced by S. Ilday, and co-workers (Nature Commun., 2017). Here, using thismethod, we studied the formation of dynamic adaptive colloidal crystals far from equilibrium. We use a femtosecond laser as an energy source to drive a quasi-2D confined colloidal system far from thermodynamic equilibrium, and for the first time, we observed the formation of a rich set of dynamic adaptive colloidal crystals of tens to hundreds of units of polystyrene spheres, which interact through hydrodynamic and hard-sphere interactions. We report formation of periodic 2D Bravais lattices, Moiré patterns, honeycomb lattices and aperiodic quasicrystals. Furthermore, we identify, analyze, and verify some of the key experimental parameters, e.g., physical boundaries, thickness of the liquid film, and the average velocity of Brownian motion, affecting the formation of such a variety of colloidal crystals. We anticipate this study to be a starting point to uncover the physical principles behind the emergence of patterns from simple parts.

Kendiliğinden birleşme, bütün bilim dallarından pek çok araştırmacının ilgi odağı olmuştur. Dinamik yapılar kendilerini sürdürmek için enerji akışı gerektirirken, kristal gibi statik yapıların kendiliğinden birleşmesi, genellikle enerjinin minimizasyonu ile gerçekleşir. Bu konu üzerindeki pek çok çalışma, statik kendiliğinden birleşmeyle sınırlı kalmıştır. Doğada yaygın olmasına rağmen, dinamik kendiliğinden birleşme hakkındaki çalışmalar oldukça yetersizdir, çünkü sistemi dinamik durumda tutabilen deneysel ortamlar kısıtlıdır. Bununla beraber, 2017'de, yeni bir dinamik kendiliğinden birleşme metodu S.Ilday tarafından tanıtıldı. (Nature Communication, 2017) Buçalışmada da, bu yöntemi kullanarak dengeden uzak, dinamik adaptif koloidal kristallerin formasyonunu çalıştık. Quasi-2d koloid sistemini termodinamik dengeden uzak tutmak için, femtosaniye lazeri enerji kaynağı olarak kullandık. Sadece birbiriyle çarpışan ve etraftaki sıvının etkisindeki yüzlerce polystyrene kürelerden oluşan bukoloid sisteminde, ilk defa bu kadar çeşitli kristal desenleri gözlemledik. Bu çalışmada, periyodik 2D Bravais desenleri, Moire desenleri, honeycomb desenleri ve periyodik olmayan quasikristalleri gördük. Bununla beraber, bu çalışmada, sıvı filmlerin kalınlığı, Brownian ortalama hız gibi fiziksel sınırları, bu koloidal kristallerinformasyonunu etkileyen temel deneysel parametreleri tanımlayıp aynı zamanda bu parametrelerin analizini yaptık. Bu çalışmanın, basit parçalardan desenlerin ortaya çıkışının ardındaki fiziksel ilkeleri ortaya çıkarmak için bir başlangıç noktası olduğunu düşünüyoruz.