東京大學(xué)和復(fù)旦大學(xué)的一組研究人員研究了可能存在多個(gè)結(jié)構(gòu)排列的結(jié)晶過程。通過減少來自隨機(jī)波動(dòng)的噪聲，他們發(fā)現(xiàn)各種晶序的瞬態(tài)前體共存并相互競爭。這項(xiàng)工作可能有助于導(dǎo)致更有效的晶體工程方法。

水晶區(qū)是任何地質(zhì)博物館最受歡迎的展覽之一。優(yōu)雅的晶體的大，平坦，矩形或四面體的表面反映了潛在的分子圖案。通過仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)一些標(biāo)本是不同形狀的鑲嵌圖，表明相同的原子可以以多種方式排列自己，稱為多態(tài)性。實(shí)際上，所有晶體只是原子或通常從較小種子生長的較大顆粒的重復(fù)排列。這些種子用作初始模板，允許新粒子附著在適當(dāng)?shù)奈恢?。但是，?dāng)多個(gè)結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出相似的穩(wěn)定性時(shí)，結(jié)晶過程可能變得極其復(fù)雜。

為了更好地理解這一點(diǎn)，東京大學(xué)和復(fù)旦大學(xué)的研究人員研究了由均勻的聚(甲基丙烯酸甲酯)膠體球組成的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。使用共聚焦顯微鏡，可以同時(shí)跟蹤許多粒子的3D位置，并結(jié)合強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)算法，該團(tuán)隊(duì)觀察到競爭結(jié)構(gòu)不斷混合和重整的沸騰混合物。

每種類型的晶體有序前驅(qū)體都在競爭該類型結(jié)構(gòu)的生長?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，結(jié)晶完成之前的中間結(jié)構(gòu)是局部有序的混合物，這些混合物是短暫的且經(jīng)常相互轉(zhuǎn)化。高級作者彭潭說：“不同晶體有序之間的競爭是局部發(fā)生的，并且可以被較大的位置波動(dòng)所掩蓋。”

為了克服這種噪音，團(tuán)隊(duì)必須使用計(jì)算方法來正確分類各種結(jié)構(gòu)。相的空間共存，以及新發(fā)現(xiàn)的競爭順序的時(shí)間波動(dòng)，表明無序是晶體前體的固有特征。

高級作者Hajime Tanaka說：“我們的方法提供了一個(gè)樣品中各種晶型之間可能存在的競爭的最清晰畫面。”“這項(xiàng)研究可能為工業(yè)生產(chǎn)晶體材料的新方法鋪平道路。”

該工作在《科學(xué)進(jìn)展》上發(fā)表為“揭示競爭性局部結(jié)構(gòu)有序在多晶型系統(tǒng)結(jié)晶中的作用”。