今日最新Nature: 从四个维度观测晶体成核

【引言】

成核现象在包括结晶化、云层的蒸发以及神经退行性疾病的启动等过程中扮演着非常重要的角色。然而，成核早期阶段的实验研究一直是一项关键而又极具挑战的工作，因为正是在这个阶段，数个原子或者分子开始形成新相。虽然已有一些实验以及计算方法对成核过程展开研究，但三维原子结构以及早期成核动力学的实验测定到目前为止均未实现。

【成果简介】

近期，加州大学洛杉矶分校的Jianwei Miao（通讯作者）等人报道了利用原子电子断层扫描（AET）对早期成核进行了四个维度（包括时间）的研究。研究人员利用铁铂（FePt）纳米颗粒作为模型系统，研究发现早期核是无规则成形的，每一个核心都由一个到数个具有最大序参量（order parameter）的原子组成，并且序参量从成核的核心到边缘呈梯度变化。研究人员还捕捉到了早期成核在生长、分解、融合等过程的结构和动力学变化，发现这些过程由序参量的分布及梯度变化进行调节。通过对铂的液-固相转变中异质/均质成核进行分子动力学模拟，上述实验观测被进一步证实。这些研究成果显示，经典成核理论已经不足以描述原子尺度的早期成核阶段。因此，研究人员认为这项工作为研究材料科学的基础问题提供了新的角度。2019年06月26日，相关成果以题为“Observing crystal nucleation in four dimensions using atomic electron tomography”的文章在线发表在Nature上。

【图文导读】

图1 利用AET捕捉四维原子动态

图2 揭示异质成核位点

图3 实验观测同一核的生长、分解、融合等过程

图4 核内序参量及其梯度的三维分布

图5 铂纳米颗粒液-固相变中成核过程的分子动力学模拟

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

本文由材料人学术组NanoCJ供稿。

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