Ученые из США создали новый метод визуализации кристаллов, позволяющий увидеть их структуру. Для этого они использовали коллоидные частицы с красителем и лазерный сканирующий микроскоп. Открытие ученых поспособствует созданию более совершенных кристаллов для производства ювелирных изделий, чипов, лазеров, имплантатов. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Materials.
Кристаллы — это твердые материалы с упорядоченной атомной структурой. Атомы в кристаллах образуют трехмерную решетку. Некоторые атомы в этой решетке могут отсутствовать или находиться не на своих местах. В результате такого дефекта образуются кристаллы различной формы и размера, разнящиеся по свойствам.
Американские ученые создали новый метод визуализации кристаллов, позволяющий заглянуть внутрь их структуры. Метод Crystal Clear напоминает рентгеновское зрение. Он основан на использовании прозрачных коллоидных частиц и лазерных сканирующих микроскопов, которые позволяют ученым видеть каждый элемент структуры кристалла и создавать динамические трехмерные модели.
Коллоидные частицы в среднем около микрометра в диаметре, в десятки раз меньше человеческого волоса, и, несмотря на это, они все равно гораздо крупнее атомов, поэтому их легче увидеть под микроскопом.
Сначала химики разработали прозрачные коллоидные частицы и добавили к ним молекулы красителя, которые при специальном освещении могут излучать свет определенного цвета. Обычный микроскоп не позволил бы ученым заглянуть внутрь кристалла, поэтому они воспользовались лазерным микроскопом, способным просканировать кристалл и вызвать реакцию молекул красителя. Так ученые выявили каждую двухмерную плоскость внутри кристалла. Сложив все эти плоскости, они построили трехмерную цифровую модель и определили местоположение каждой частицы. Такие модели можно вращать, разрезать и разбирать на части, чтобы заглянуть внутрь кристаллов и увидеть любые дефекты.
Ученые проверили этот метод визуализации на двойниковых кристаллах, имеющих симметричные точки кристаллической решетки. Такие кристаллы возникают, когда два одинаковых типа кристаллов растут вместе. Заглянув внутрь кристаллов, по структуре напоминающих поваренную соль или сплав меди и золота, ученые увидели общую плоскость примыкающих друг к другу кристаллов — дефект, который приводит к появлению этих специфических форм.
«Раньше, если вы смотрели на коллоидный кристалл через микроскоп, вы могли получить представление только о его форме и структуре поверхности. Но теперь мы можем заглянуть внутрь и узнать положение каждой единицы в структуре», — рассказал Стефано Саканна из Нью-Йоркского университета.
Ученые отметили, что при помощи нового метода можно также визуализировать кристаллы в процессе их изменения. В ходе эксперимента исследователи расплавили кристалл со структурой минеральной соли хлорида цезия и обнаружили, что дефекты в структуре были стабильны и не менялись.
Ученые подтвердили точность своих экспериментов с помощью компьютерного моделирования.
«Возможность видеть кристаллы изнутри дает нам лучшее представление о том, как происходит процесс кристаллизации, и, возможно, поможет оптимизировать процесс выращивания кристаллов», — подытожил Стефано Саканна.
Автор: Элина Яндиева.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
