2019-07-06

 

 

就像 CT 扫描拍摄人体内部三维照片一样,一组研究人员首次拍到了微观下原子在不同时间点的四维运动图像,同时也发现一些现有教科书对物质相变 成核 过程的认知不准确的地方。

加州大学洛杉矶分校 (UCLA) 的研究组利用电子断层扫描术 (electron tomography) ,首次拍下铁铂合金的纳米微粒的成核过程。

这个世界中物质状态的切换 ( 又称物质相变 ) ,如凝结、熔化或气化,都始于成核阶段,这个阶段中若干原子组成的群组,也叫凝结核,彼此合并到一起。很多自然现象都经过成核的阶段,从云雾的形成到神经退化性疾病的发作等。

加州大学洛杉矶分校 (UCLA) 的研究组利用电子断层扫描术 (electron tomography) ,首次拍下铁铂合金的纳米微粒的成核过程。研究人员表示,一万个这种纳米粒子并排摆在一起才有人类的一根头发粗。

 

研究人员将铁铂合金加温到 520 摄氏度,分别在 9 分钟、 16 分钟和 26 分钟的时间点拍摄其内部原子的成核过程。

在这个过程中,合金实现两种物态的转换,不过肉眼分辨不出来,只有在微观下才能看到原子排列情况的不同。

研究人员观察到,加热后,凝结核内的原子从原来铁和铂原子无序的状态,变为铁原子和铂原子层交替排列的有序状态。研究人员打比方说,加热前的原子核就像没整理过的魔方 ; 受热后就像整理好的魔方,各面颜色一致。

这份研究拍照追踪了一个纳米粒子中的 33 个凝结核的前后三个时间点的状态。这些凝结核很小,有的里面只有 13 个原子。

这份研究的作者之一 UCLA 的物理和天文学教授 Jianwei Miao 说,研究过程要确保追踪的是相同的这些原子核难度相当大, 人们说大海捞针很难,那么在一万亿个原子中三次找到相同的原子,有多难 ?”

他们观察到了凝结核与现有物理学认知不相符的几个地方:

现有理论认为凝结核是圆形的,他们观察到其形状是不规则的 ;

现有理论认为凝结核有明确的边界,但是他们观察到其内部的原子分布并不一致,中心有一组排列有序的原子,但是越靠近凝结核的表面,原子的排列越无序 ;

现有理论认为凝结核达到一定大小后只能变得更大,但是他们观察发现情况复杂得多,变大、变小、分组、合并各种情况都会出现,甚至还出现凝结核消失的情况。

 

Miao 说: 这真的是一个开创性的实验,我们不仅精确分辨、定位到单个原子,还第一次追踪了他们的四维运动。

研究人员表示,这些发现将对物理、化学、材料学、环境科学和神经学多个领域产生重要影响。

这份研究 6 26 日发表在《自然》 (Nature) 期刊上。

資料來源: huanqiujiemi 世界未解之谜 今天

https://mp.weixin.qq.com/s/-5dFgGXr1m5FaN7ED9Q1mA

( 图文来自网络,版权属于原创 )

 

 

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