Учените са развълнувани да наблюдават първите милисекунди от образуването на златни кристали

(Лаборатория Бъркли)

Сега знаем как златните кристали започват да се образуват в атомен мащаб.

За първи път учени наблюдаваха – и заснеха! – първите милисекунди от образуването на златен кристал и установи, че това е много по-сложно, отколкото предполагаха предишни изследвания. Вместо единичен, необратим преход, атомите се събират и разпадат няколко пъти, преди да се стабилизират в кристал.

Това откритие има последици както за науката за материалите, така и за производството, тъй като укрепва нашето разбиране за това как материалите се събират от разхвърляна купчина атоми.

„Тъй като учените се стремят да контролират материята на по-малки мащаби, за да произвеждат нови материали и устройства, това изследване ни помага да разберем как точно се образуват някои кристали“, обясни физикът Питър Ерциус от Националната лаборатория Лорънс Бъркли.

Според класическото разбиране за нуклеацията - първата част от образуването на кристали, в която атомите започват да се самосглобяват - процесът е доста линеен. Поставяте група атоми заедно при правилните условия и те постепенно ще се изградят в кристал.

Този процес обаче не е лесен за наблюдение. Това е динамичен процес, който се случва в изключително малки мащаби, както пространствено, така и времево, и често включва елемент на произволност. Но нашата технология се подобри до такава степен, че вече можем да наблюдаваме процеси в атомен мащаб.

Точно по-рано тази година екип от японски учени разкри, че са успели да наблюдаватнуклеация на солни кристали. Сега корейски и американски екип, ръководен от инженера Sungho Jeon от университета Hanyang в Република Корея, направи същото със златото.

На графен поддържащи филми, екипът отглежда малки наноленти от златен цианид, използвайки един от най-мощните електронни микроскопи в света, за да го наблюдава, лабораторията на Бъркли ЕКИП I . Със скорости до 625 кадъра в секунда (fps) – изключително бързо за електронна микроскопия – ЕКИП I улови първите милисекунди на нуклеация с невероятни детайли.

Резултатите бяха изненадващи. Златните атоми се събират в кристална конфигурация, разпадат се и се събират отново в различна конфигурация, повтаряйки процеса няколко пъти, варирайки между неподредени и кристални състояния, преди да се стабилизират.

Всъщност това не е различно от това, което японските учени са наблюдавали със солните кристали; тези атоми също се колебаеха между безхарактерни и полуподредени състояния, преди да се съберат в кристал. Но този процес е заснет при 25 fps; златните атоми се колебаеха много, много по-бързо.

Само скоростта на детектора от 625 кадъра в секунда имаше надежда да го улови, според Ерсиус.

„По-бавните наблюдения ще пропуснат този много бърз, обратим процес и просто ще видят размазване вместо преходите“, той каза .

И така, какво го причинява? Топлина. Нуклеацията и растежът на кристалите са екзотермични процеси , които отделят енергия под формата на топлина в заобикалящата ги среда. Помислете за наистина малка бомба. Това многократно стопява кристалните конфигурации, които се опитват да се реформират.

Но процесът на реформиране не се подпомага от повтарящите се сблъсъци на входящи атоми, които динамично разрушават клъстера от атоми. В крайна сметка обаче атомите се събират по начин, който може да издържи на отделената от тях топлина.

И ето го! Имаме стабилен златен кристал, върху който могат да се изградят повече атоми, без да се срутят обратно в неподредено състояние.

„Ние открихме, че кристалната нуклеация на златни клъстери върху графен прогресира чрез обратими структурни флуктуации между неподредени и кристални състояния“, пишат изследователите в своята статия.

„Нашите открития изясняват фундаменталните механизми, лежащи в основата на етапа на нуклеация на растежа на материала, включително отлагане на тънък слой, предизвикано от интерфейса утаяване и образуване на наночастици.“

Следващата им стъпка е да разработят още по-бърз детектор с надеждата да намерят още по-скрити процеси на нуклеация.

Изследването на екипа е публикувано в Наука .

За Нас

Публикуването На Независими, Доказани Факти От Доклади За Здравето, Пространството, Природата, Технологиите И Околната Среда.