Создано первое в истории видео с атомным разрешением


Ученые из Университета в Токио представили видео, на котором в режиме реального времени формируются кристаллы хлорида натрия. Наблюдения подтверждают теоретические предсказания о том, как образуются кристаллы соли, и подсказывает, каким образом образование кристаллов создает различные упорядоченные структуры из неупорядоченной химической смеси.
Из кристаллов состоят многие привычные нам вещи: снежинки, крупинки соли и даже алмазы. Атомы и молекулы в кристаллах расположены закономерно, образуя трехмерно-периодическую пространственную укладку — кристаллическую решетку. Процесс перехода из неупорядоченного состояния в упорядоченное называется нуклеацией, и хотя он изучался на протяжении столетий, точные процессы, происходящие на атомном уровне, до сих пор не были экспериментально подтверждены.
Недостаточно просто видеть молекулы на атомарном уровне — эта способность существует уже несколько десятилетий. Суть роста кристалла в том, что это динамический процесс, и наблюдения за его развитием так же важны, как и наблюдения за его структурой.
Теперь исследователи химического факультета Токийского университета решили эту проблему с помощью метода электронной микроскопии в реальном времени с атомным разрешением одной молекулы, или SMART-EM. Он фиксирует детали химических процессов со скоростью 25 изображений в секунду.
Накамуро и его команда просмотрели видеозаписи, снятые Сакакибарой, и были первыми людьми, которые увидели крошечные кубовидные кристаллы, состоящие из десятков молекул NaCl, возникающих из хаотической смеси отдельных ионов натрия и хлора.
Они сразу заметили статистическую закономерность в частоте появления кристаллов; она следовала так называемому нормальному распределению, которое давно теоретизировалось, но только теперь подтверждено экспериментально.
atomic-resolution real-time video of crystal formation pic.twitter.com/bmFBpBKY9Z
— artisanal pop-up guillotines (@bangskij68) January 21, 2021
«Соль — это всего лишь наша первая модельная субстанция, которая исследует основы процессов нуклеации. Соль кристаллизуется только одним способом. Но другие молекулы, такие как углерод, могут кристаллизоваться разными способами, что приводит к образованию графита или алмаза. Это называется полиморфизмом, и никто не видел ранних стадий нуклеации, которое к нему приводит. Я надеюсь, что наш исследование обеспечивает первый шаг в понимании механизма полиморфизма», — говорит профессор Университета в Токио Эйити Накамура.
Однако команда думает не только о бриллиантах; полиморфизм в росте кристаллов также является важным процессом при производстве некоторых фармацевтических и электронных компонентов.
Узнайте, как ученые вырастили искусственную древесину.
- Читайте также
- Создано первое в истории видео с атомным разрешением
- На Тайване нашли древнее логово гигантского хищного морского червя
- Бактерии обмениваются устойчивостью к антибиотикам быстрее, чем мы думали
- На новую карту неба нанесли более миллиарда галактик
- На древнем кладбище инков нашли загадочные артефакты
