Ahora sabemos cómo comienzan a formarse los cristales de oro a escala atómica.
Por primera vez, los científicos han observado y filmado. – los primeros milisegundos de formación de cristales de oro y descubrió que es mucho más complicado de lo que sugirieron investigaciones anteriores. En lugar de una única transición irreversible, los átomos se unen y se deshacen varias veces antes de estabilizarse en un cristal.
Este descubrimiento tiene implicaciones tanto para la ciencia de los materiales como para la fabricación, ya que refuerza nuestra comprensión de cómo los materiales se unen a partir de una pila desordenada de átomos.
“A medida que los científicos buscan controlar la materia a escalas de menor longitud para producir nuevos materiales y dispositivos, este estudio nos ayuda a comprender exactamente cómo se forman algunos cristales”. explicó el físico Peter Ercius
Según la comprensión clásica de la nucleación, la primera parte de la formación de cristales, en la que los átomos comienzan a autoensamblarse, el proceso es bastante lineal. Si juntas un montón de átomos en las condiciones adecuadas, gradualmente se convertirán en un cristal.
Sin embargo, este proceso no es fácil de observar. Es un proceso dinámico que ocurre en escalas extremadamente pequeñas, tanto espacial como temporalmente, y a menudo tiene un elemento de aleatoriedad involucrado. Pero nuestra tecnología ha mejorado hasta el punto de que ahora podemos observar procesos a escala atómica.
A principios de este año, un equipo de científicos japoneses reveló que habían podido observar la nucleación de cristales de sal. Ahora, un equipo coreano y estadounidense dirigido por el ingeniero Sungho Jeon de la Universidad Hanyang en la República de Corea ha hecho lo mismo con el oro.
En grafeno películas de soporte, el equipo cultivó diminutas nanocintas de cianuro de oro, utilizando uno de los microscopios electrónicos más poderosos del mundo para observarlo, el de Berkeley Lab. EQUIPO I. A velocidades de hasta 625 fotogramas por segundo (fps), extremadamente rápido para microscopía electrónica, el EQUIPO I capturó los primeros milisegundos de nucleación con un detalle increíble.
Los resultados fueron sorprendentes. Los átomos de oro se unirían en una configuración cristalina, se desintegrarían y volverían a juntarse en una configuración diferente, repitiendo el proceso varias veces, fluctuando entre estados desordenado y cristalino antes de estabilizarse.
No es muy diferente a lo que los científicos japoneses observaron con los cristales de sal, en realidad; esos átomos también fluctuaron entre estados sin rasgos y semiordenados antes de unirse en un cristal. Pero ese proceso se filmó a 25 fps; los átomos de oro fluctuaron mucho, mucho más rápido.
Según Ercius, solo la velocidad del detector de 625 fps tenía la esperanza de capturarlo.
“Las observaciones más lentas perderían este proceso muy rápido y reversible y solo verían un borrón en lugar de las transiciones”. él dijo.
Entonces, ¿qué lo causa? Calor. La nucleación y el crecimiento de cristales son procesos exotérmicos, que liberan energía en forma de calor en su entorno. Piense en una bomba realmente diminuta. Esto derrite repetidamente las configuraciones de cristal, que intentan reformarse.
Pero el proceso de reforma no se ve favorecido por las colisiones recurrentes de átomos entrantes que interrumpen dinámicamente el cúmulo de átomos. Sin embargo, eventualmente, los átomos se unen de una manera que puede resistir el calor liberado al hacerlo.
¡Y ahí tienes! Tenemos un cristal de oro estable en el que se pueden construir más átomos sin colapsar de nuevo al estado desordenado.
“Encontramos que la nucleación cristalina de los racimos de oro en el grafeno progresa a través de fluctuaciones estructurales reversibles entre los estados desordenado y cristalino”, escribieron los investigadores en su artículo.
“Nuestros hallazgos aclaran los mecanismos fundamentales que subyacen a la etapa de nucleación del crecimiento del material, incluida la deposición de película delgada, la precipitación inducida por la interfaz y la formación de nanopartículas”.
Su siguiente paso es desarrollar un detector aún más rápido con la esperanza de encontrar procesos de nucleación aún más ocultos.
La investigación del equipo se ha publicado en Ciencia.
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