Как вырастить самородок: слияние нанокристаллов золота рассмотрели под микроскопом
Кристаллизация, фундаментальный физико-химический процесс, состоит из двух стадий: образования зародыша и роста. Последняя стадия определяет морфологию, размер и чистоту кристаллических материалов. Этап роста кристаллов — основной объект научных исследований в части изучения дефектов кристаллообразования и путей их устранения. Понимание того, как растут кристаллы на атомном уровне, давно является ключевой задачей в этой области.
Международная исследовательская группа из Синьцзянского технического института физики и химии Китайской академии наук совместно с исследователями из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (США) и Иберийской нанотехнологической лаборатории (Португалия) продемонстрировала на атомном уровне, как коалесценция (слияние) кристаллов зависит от таких факторов, как размер, частота дефектов и пути взаимного сближения наночастиц. Результаты исследования были опубликованы в журнале Американского химического общества.
Используя современную динамическую визуализацию in situ с помощью просвечивающего электронного микроскопа с коррекцией аберраций (AC-TEM) — инструмента, который обеспечивает точность на атомном уровне, — исследователи изучили постнуклеационный рост пятикратно сдвойникованных (англ. five-fold twinned, сокращенно далее 5-FT) нанокристаллов золота по мере их объединения в более крупные структуры.
Наблюдения выявили два основных пути, посредством которых эти 5-FT золотые нанокристаллы растут посредством коалесценции:
- Когда два небольших нанокристалла (каждый размером 6–11 нм) сливаются, процесс запускается за счет «раздвойникования» — механизма, которое уменьшает внутренние структурные дефекты
- Если нанокристалл 5-FT сливается с другим нанокристаллом (неопределенной структуры), рост определяется преимущественно перегруппировкой атомов и поверхностной миграцией
Исследование показало, что как только объединенные частицы превышают критический размер, они имеют тенденцию образовывать сложные многодвойниковые структуры.
Важно отметить, что помимо размера частиц были выявлены другие факторы, влияющие на коалесценцию — начальная плотность планарных дефектов и конкретные пути, по которым нанокристаллы сближаются друг с другом, влияют на скорость роста и окончательную структуру получаемого кристалла.
Команда задокументировала подробную динамику процесса коалесценции на атомном уровне, включая промежуточные структуры, пошаговую миграцию границ зерен и образование или устранение сдвойникованных областей (двойникование и раздвойникование).
Эти знания поведения нанокристаллов на атомном уровне предоставляют ценность для развития материаловедения и дефектологии.
Недавно испанский ученый доказал возможность образования и эволюции сложных органических молекул под влиянием зеленого света.
