Группа учёных добилась возможности представить перемещение атомов в четырёхмерном пространстве, включающем три пространственные оси и временную переменную.
Переходы вещества из одного состояния в другое, например кристаллизация, плавление или испарение, начинаются с нуклеации – процесса объединения крошечных скоплений атомов или молекул («ядра»). Нуклеация имеет решающее значение для таких явлений, как образование облаков и начало нейродегенеративных заболеваний.
ИсследованиеКоманды исследователей из Колорадского университета в Боулдере и Университета Буффало зафиксировали движение атомов в четырёхмерном пространстве, применив новый метод визуализации, который получил название атомно-электронной томографии. Этот метод основан на вращении образца под воздействием электронного микроскопа. Благодаря высокому разрешению микроскопа атомно-электронная томография позволяет получать впечатляющие трёхмерные изображения атомов внутри материала.
В исследовании ученые изучали железо-платиновый сплав в виде наночастиц, размером в 10 тысяч раз меньше человеческого волоса. Для изучения нуклеации наночастицы нагревали до 520 градусов Цельсия, делая снимки через девять, шестнадцать и двадцать шесть минут. При такой температуре сплав переходил между двумя твердыми фазами.
Сплав кажется одинаковым невооружённому глазу в обоих состояниях, но при более внимательном рассмотрении выясняется различие кристаллических структур. После нагрева смешанное химическое состояние переходит в более упорядоченное — с чередованием слоёв атомов железа и платины.
Результаты оказались неожиданными: они не соответствуют классической теории нуклеации, утверждающей, что ядра идеально круглые. Исследователи обнаружили неправильную форму ядер. Теория также предполагает острую границу ядра, однако исследователи наблюдали упорядоченную фазу в центре каждого ядра и смесь двух фаз по краям.