今日最新Nature: 從四個維度觀測晶體成核

【引言】

成核現象在包括結晶化、云層的蒸發以及神經退行性疾病的啟動等過程中扮演著非常重要的角色。然而，成核早期階段的實驗研究一直是一項關鍵而又極具挑戰的工作，因為正是在這個階段，數個原子或者分子開始形成新相。雖然已有一些實驗以及計算方法對成核過程展開研究，但三維原子結構以及早期成核動力學的實驗測定到目前為止均未實現。

【成果簡介】

近期，加州大學洛杉磯分校的Jianwei Miao（通訊作者）等人報道了利用原子電子斷層掃描（AET）對早期成核進行了四個維度（包括時間）的研究。研究人員利用鐵鉑（FePt）納米顆粒作為模型系統，研究發現早期核是無規則成形的，每一個核心都由一個到數個具有最大序參量（order parameter）的原子組成，并且序參量從成核的核心到邊緣呈梯度變化。研究人員還捕捉到了早期成核在生長、分解、融合等過程的結構和動力學變化，發現這些過程由序參量的分布及梯度變化進行調節。通過對鉑的液-固相轉變中異質/均質成核進行分子動力學模擬，上述實驗觀測被進一步證實。這些研究成果顯示，經典成核理論已經不足以描述原子尺度的早期成核階段。因此，研究人員認為這項工作為研究材料科學的基礎問題提供了新的角度。2019年06月26日，相關成果以題為“Observing crystal nucleation in four dimensions using atomic electron tomography”的文章在線發表在Nature上。

【圖文導讀】

圖1 利用AET捕捉四維原子動態

?

圖2 揭示異質成核位點

圖3 實驗觀測同一核的生長、分解、融合等過程

圖4 核內序參量及其梯度的三維分布

圖5 鉑納米顆粒液-固相變中成核過程的分子動力學模擬

文獻鏈接：Observing crystal nucleation in four dimensions using atomic electron tomography（Nature, 2018, DOI: 10.1038/s41586-019-1317-x）

本文由材料人學術組NanoCJ供稿。

材料牛網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱tougao@cailiaoren.com。