Ученым удалось отследить атомное движение в 4D

Американские ученые зафиксировали атомное движение и визуализировали его в четырехмерном пространстве (три пространственных измерения и одно временное).

Авторы исследования

Исследование было проведено Колорадским университетом совместно с Университетом Буффало. Группа ученых смогла зафиксировать момент движения атомов в сплаве в четырехмерном пространстве с помощью недавно открытого метода, помогающего визуализировать движение (атомно-электронная томография). Такой метод измерения позволяет вращать исследуемый образец под электронным микроскопом. Этот микроскоп обладает сверхвысоким разрешением, поэтому используя такой прибор, ученые могут получать поразительно точные снимки внутреннего состава материала (атомов). Именно такие трехмерные изображения и получили исследователи.

Ход исследования

Обычно при переходе вещества из какого-то одного состояния в другое (при кристаллизации, плавлении, испарении и т. п.) происходит процесс нуклеации. Это начальный этап таких процессов, на нем малые атомные скопления и группы молекул сливаются. Именно из-за нуклеации происходят такие разнообразные явления, как появление облаков и нейродегенеративное заболевание, - в них она играет главную роль.

Вышеупомянутая группа ученых исследовала процесс нуклеации с помощью нагревания наночастиц до температуры 520 градусов по Цельсию. Именно эта температура способствует переходу сплава из одной фазы твердого состояния в другую. А в качестве наночастиц эксперты пользовались специально сформированным железно-платиновым сплавом. Через определенные промежутки времени (девять, шестнадцать и двадцать шесть минут) специалисты запускали фиксацию изображения.

Такой переход незаметен человеческому глазу, однако разница есть, и ее может фиксировать техника. Благодаря тщательному осмотру было выявлено, что кристаллическая структура в первой фазе отличалась от той, что образовалась на второй фазе. При нагревании химическая структура становится более упорядоченной - в ней чередуются слои атомов железа и платины.

Результаты исследования

Проведенное исследование имеет огромное значение, в особенности из-за удивительных результатов. Классическая теория нуклеации заключается в том, что ядра атомов имеют абсолютно круглую форму. Однако судя по полученным результатам, это не так: образовавшиеся ядра имеют неправильную форму. Кроме того, по этой теории, ядра обладают острой границей. Обнаруженное учеными опровергло и это: центры ядер показывают упорядоченную фазу, а края обладают смесью двух фаз. Таким образом, правильность данной теории ставится под сомнение.

Фото: k-strana.ru