令人陶醉的視頻揭示了單個Atom形成SALT晶體的過程

晶體的形成是您可能想到的最常見的過程之一。 例如，每次將水冷凍到冰塊中時，您都在創建晶體結構。 您甚至可以做一個有趣的實驗來生長SALT晶體-僅添加食SALT和水即可。

但是在Atom水平上，我們對晶體的形成方式（尤其是成核）了解不多，這是結晶過程的第一步。 這部分是因為它是一個動態的過程，發生在如此小的規模上，部分是因為它是隨機的，兩者都使學習變得困難。

這就是由日本東京大學化學家中室隆之郎領導的一組研究人員的工作如此令人興奮的原因。 自2005年以來，他們使用一種特殊的顯影技術，首次在Atom級上拍攝了SALT的結晶。

研究人員說，由於結晶被用於從醫學到工業製造的廣泛應用，這是朝更好地控制我們製造材料的方向邁出的一步。

該技術稱為單分子Atom解析度實時電子顯微鏡或SMART-EM，用於研究分子和分子聚集體。 通過將其與新開發的樣品製備方法相結合，團隊捕獲了SALT晶體的形成。

（東京大學）

Nakamuro說：「我們碩士研究生之一，Masaya Sakakibara，使用SMART-EM研究了氯化鈉（NaCl）SALT的行為。」

「為了將樣品固定在適當的位置，我們使用了Atom較厚的碳Nano角，這是我們先前的發明之一。在拍攝了Sakakibara令人驚嘆的錄像後，我們立即注意到有機會以前所未有的詳細方式研究晶體成核的結構和統計方面。」

該團隊以每秒25幀的速度記錄了從氯化鈉溶液中蒸發的水。 由振動的碳Nano角抑制分子擴散的形狀引起的流動性混亂，隨著數十個SALT分子出現並排列成立方體狀晶體，出現了有序。

研究人員說，以前從未觀察到或表徵過這些預結晶聚集體。

研究人員觀察了9次該過程，並且9次將分子排列成簇，在無特徵和半有序狀態之間波動，然後突然形成晶體：四個Atom寬乘六個Atom長。 團隊指出，這些狀態與實際晶體有很大不同。

他們還注意到晶體形成，生長和收縮的頻率的統計模式。 他們發現，在9個成核過程中的每一個過程中，成核過程的時間大致遵循正態分布，平均時間為5.07秒。 從理論上講，但這是第一次通過實驗驗證。

總的來說，他們的結果表明分子組裝的大小及其結構動力學都在成核過程中起作用。 理解這一點，可以通過控制成核過程的空間來精確地控制成核過程。 他們甚至可以控制晶體的大小和形狀。

研究的下一步將是嘗試研究更複雜的結晶，並具有更廣泛的實際應用。

東京大學化學家中村榮一（Eiichi Nakamura）說：「SALT只是我們探究成核事件基本原理的第一種典型物質。」

「SALT只能以一種方式結晶。但是其他分子（例如碳）可以以多種方式結晶，從而生成石墨或鑽石。這被稱為多態性，而且沒人見過導致其成核的早期階段。我希望我們的研究為了解多態性機理提供了第一步。」

該研究已發表在《美國化學學會雜誌》上。