Sciencemag.cz
Doporučujeme
Krystal z kapalné fáze vzniká nukleací. Tento proces si ale můžeme představovat různě, zjednodušeně jako prosté rozšiřování krystalizačního jádra atom po atomu. Jenže některá pozorování spíše naznačovala složitější proces, kdy se nejprve vytvoří speciální vysokoenergetická struktura a až z ní pak finální krystal jakoby najednou. Nový výzkum provedený v Lawrence Berkeley National Laboratory ukazuje, že proces je nejspíš ještě komplikovanější. Alespoň v případě sledovaných atomů zlata vypadá nukleace jako chaos: atomy zlata se mnohokrát zorganizují, rozpadnou, přeskupí, znovu zorganizují a až po mnoha těchto procesech vznikne finální stabilní krystal. Vše se podařilo sledovat pomocí speciálního elektronového mikroskopu (atomové rozlišení a současně frekvence 625 snímků / s má být unikátní). Vznikem krystalu přitom nemusíme myslet jen to, že se nám něco srazí v kádince, ale i příbuzné procesy, výrobu nanočástic nebo depozici vytvářející tenké filmy na površích.
Podle autorů studie by další přiblížení toho, jak funguje nukleace, mohlo být analogií sestavování lega. Existuje zde určitá kritická velikost, když už struktura odolá destrukci a nebude muset vznikat znovu. Cihly lega do sebe různě zapadají, ale současně se lámou (entropie – snad si jako analogie zde představit neustále probíhající zemětřesení). Teprve v určité chvíli se vytvoří stabilní struktura, nad níž lze pak stavět dál. Užitečné je si uvědomit, že tvorba krystalu je exotermický proces, při kterém se uvolňuje teplo. Proto vůbec tato reakce může probíhat (jinak by se porušil druhý termodynamický zákon), ale současně uvolněná energie může zvýšit teplotu příslušného útvaru, tedy minikrystal zase roztavit. Tak proces funguje sám proti sobě, kolísá mezi řádem a chaosem, až konečně vznikne jádro dostatečně velké na to, aby už zůstalo stabilní, „neroztavilo se“ či se náhodně nesesypalo.
Zůstává ovšem dost zásadní nejasnost – jde o jedinou studii založenou na pozorování vzniku nanokrystalů zlata. Otázka zní, nakolik vše výše uvedené bude platit pro nukleaci jiných materiálů za jiných podmínek.
Sungho Jeon et al, Reversible disorder-order transitions in atomic crystal nucleation, Science (2021). DOI: 10.1126/science.aaz7555
Zdroj: Lawrence Berkeley National Laboratory / Phys.org
