在原子分辨率下记录的晶体诞生。一项世界首创的实验捕捉到了晶体从之前散布的原子群中形成的确切时刻的实时录像。来自英国、德国和日本的跨国研究团队在一篇新的论文和一组视频中公布了核晶（晶体形成）的确切时刻，今天在《自然化学》在线发表。各种材料都是由晶体构成的，从冰、食盐和糖，到在药物、晶体管和宝石中使用的更专门的配方。迄今为止，晶体最初形成的确切过程一直是一个未解决的争议问题，因为它发生在极小的尺度上。团队的新发现和捕捉到三种不同金属中晶体形成的过程，可能有助于未来为各种材料设计得更好。晶体在原子尺度的形成。核晶是晶体形成的第一步，集团中的原子或分子突然停止移动，并按特定图样有序排列。这个过程可以决定最终形成的晶体种类，它对定义材料的结构和性能非常重要。例如，可可黄油在巧克力中的晶化与熔在嘴里的巧克力和用于烹饪的有光泽的淬火巧克力之间的区别。纳米试管和电子束。由英国诺丁汉大学化学学院的安德烈·赫洛比斯托夫教授和乌尔姆大学材料科学电子显微镜主任乌特·凯泽教授领导的科学家们，使用了碳纳米管—直径只有1-2纳米的碳空心细管—作为原子和分子的微型试管，以便用透射电子显微镜在原子尺度上记录移动图像。斯蒂芬·斯科沃龙博士说：“为了让您真正了解它的大小，碳纳米管是直径比一根头发细8万倍的原子薄管。这给我们一个独特的机会，通过实时成像直接困住并研究原子。由于电子的波长明显比原子尺寸小，透射电子显微镜的电子束使我们能够高精度地跟踪纳米管内金属原子的运动。”该团队成功以原子分辨率拍摄了三种不同金属的晶体核晶，这些颗粒只由一两打金属原子组成。关键的是，在这三种情况下，他们都能记录核晶前、中和后的关键时刻。乌特·凯泽教授说：“直接观察核晶整个过程让我们能够区分颗粒已经足够大，从而变得有晶体结构，并展现出我们在当前条件下需要多少原子才能核晶的情况。对铁和铼来说，这个数字在10和20个原子之间，这是一个非常小的数量。”安德烈·赫洛比斯托夫教授评论说：“我们进一步开发纳米管作为纳米尺度实验室，就更深刻地了解原子和分子的行动。该研究报告中所述的纳米管和电子显微镜成像的结合，为我们提供了对原子及其反应的最直接体验。”三种金属，三个过程，一个机制。值得注意的是，每种金属表现出一个不同的例子，即最初无定形的原子簇如何克服核晶的尺寸要求和能量屏障。最近研究人员先前利用相同方法研究了化学键是如何形成和断裂，并拍摄了化学反应的“电影”达到单分子水平。在原子分辨率下拍摄的水晶诞生
一项世界首创的纳米技术实验捕捉到了水晶从之前分散的原子群体中形成的确切时刻的实时视频。
来自英国、德国和日本的跨国研究团队在《自然化学》杂志上今天在线发表了一篇新论文和一组视频，揭示了晶核（水晶形成）的确切时刻。
从冰、食盐和糖到药物、晶体管和宝石中使用的更专业的配方，大量材料都是由晶体制成的。到目前为止，晶体最初是如何形成的一直是一个未解决且有争议的问题，因为它发生在非常小的尺度上。
团队的新发现以及对三种不同金属中晶体形成的捕捉，可能会为未来更好地设计各种材料提供信息。
原子尺度下的晶体形成
核化是晶体形成的第一步，在这一步骤中，一群原子或分子突然停止移动，按照一定的模式排列。这个过程可以决定最终形成的晶体类型，这是至关重要的，因为它定义了材料的结构和性质。例如，巧克力中可可脂的结晶方式决定了一块巧克力的口感和用于烹饪中的巧克力表面的光泽之间的区别。
纳米试管和电子束
由诺丁汉大学化学学院Andrei Khlobystov教授和乌尔姆大学材料科学电子显微镜负责人Ute Kaiser教授领导的科学家们，使用碳纳米管——碳原子薄壁空心圆柱，宽度仅为1-2纳米——作为原子和分子的微型试管，通过透射电子显微镜（TEM）记录原子尺度上的运动图像。
斯蒂芬·斯科沃龙博士，是诺丁汉研究团队的一员，专门从事计算化学，他说：“让您真正感受到其尺寸，碳纳米管是一种原子薄的圆柱体，直径比一根头发的单根要细80,000倍。这让我们有了一个独特的机会，可以通过实时成像直接捕捉和研究原子。由于电子的波长明显短于原子的大小，TEM的电子束使我们能够精确地跟踪纳米管内个别金属原子的运动。”
他们成功拍摄了三种不同金属的原子分辨率下的晶体核化，这些颗粒仅由一两打金属原子组成。至关重要的是，在这三种情况下，他们能够记录核化之前、核化过程中和核化之后的关键时刻。
乌尔姆大学的研究助理Kecheng Cao表示：“经典核化理论预测晶体通过将原子附加到有序结构而形成的。对我们研究的所有三种金属，我们发现了一个无定形的前体和超过一个屏障的存在，这与通过两步核化机制结晶相一致。”
两步核化机制是相对于经典核化理论而言更为复杂且有争议的过程，对其具体细节以及它们是否需要来解释各种不同材料中的核化这一问题存在大量的科学争论。研究团队希望通过成功捕捉这三种金属的核化过程，可以启发对核化和晶体生长的基本现象进行更好控制的材料设计。
