تصویر ۴بعدی حرکت اتم‌ها برای اولین بار شکار شد

مجموعه: اخبار علمی و آموزشی

تاریخ انتشار : سه شنبه, 11 تیر 1398 13:34

به گزارش ایسنا و به نقل از انگجت، نظریه‌های متعدد در مورد چگونگی ذوب شدن، انجماد و تبخیر مواد وجود دارد که در هاله‌ای از ابهام قرار دارند اما اکنون به لطف تحقیقات پیشرفته دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا لس‌آنجلس پاسخ داده شده‌اند.

تیمی از دانشمندان تحت رهبری دانشگاه کالیفرنیا لس‌آنجلس برای نخستین بار حرکت چهار بعدی اتم‌های در حال تغییر حالت را در فضای سه‌بعدی و زمان به عنوان بعد چهارم ثبت کردند.

نتایج شگفت انگیز بود، چرا که با نظریه‌های کلاسیک در مورد "هسته‌زایی" یعنی زمانی که اتم‌ها شروع به تغییر از یک حالت به حالت دیگر می‌کنند، تناقض داشت.

این تحقیق ممکن است برای ایجاد و مطالعه مواد جدید، مواد شیمیایی و فرآیندهای بیولوژیکی مفید باشد.

محققان براساس تحقیقات گذشته از جدیدترین میکروسکوپ الکترونی سه بعدی آزمایشگاه برکلی(Berkeley Lab) برای بررسی یک آلیاژ آهن پلاتین که به نانوذرات در مقیاس یک ده هزارم یعنی به اندازه پهنای یک تار موی انسان تقسیم شده بود، استفاده کردند. سپس آن را تا دمای ۵۲۰ درجه سانتیگراد گرم کردند تا از حالت جامد به حالت دیگر منتقل شود. تصاویر سه بعدی ۹، ۱۶ و ۲۶ دقیقه پس از گرم شدن و در حالی که نمونه در میکروسکوپ چرخانده شده بود، گرفته شد.

محققان با استفاده از الگوریتم‌های مخصوص، ۳۳ هسته مشابه را در یک عرض ۱۳ اتمی دنبال کردند که همگی در یک نانوذره قرار داشتند.

"جان میائو" پروفسور فیزیک و اخترشناسی دانشگاه کالیفرنیا لس‌آنجلس گفت: مردم فکر می‌کنند که یافتن یک سوزن در انبار کاه دشوار است. حالا ببینید یافتن یک اتم در میان بیش از یک تریلیون اتم در سه زمان مختلف چقدر سخت است.

همانطور که انتظار می‌رفت، آلیاژ از یک حالت تقریباً تصادفی به حالتی تغییر کرد که اتم‌های پلاتین و آهن مرتب‌تر شدند. با این حال دانشمندان اظهار داشتند که هسته بر خلاف نظریه‌های پیش‌بینی شده که می‌گفتند هسته در این حالت کاملاً گرد و منظم خواهند شد، شکل‌های نامنظمی به خود گرفت. علاوه بر این، به جای داشتن مرزهای واضح که پیش‌بینی شده بود، آرایش اتم‌ها در نزدیکی سطح بیشتر درهم شکسته شد.

در حالی که این نتایج ممکن است هیجان‌انگیز به نظر نیایند، این اولین بار است که هسته‌زایی در عمل دیده می‌شود.

"پیتر ارسیوس" یکی از محققان این مطالعه گفت: هسته‌زایی اساساً یک مسئله حل نشده در بسیاری از زمینه‌ها است. هنگامی که شما بتوانید چیزی را به تصویر بکشید، می‌توانید شروع به فکر کردن در مورد چگونگی کنترل آن کنید. این کار می‌تواند به توسعه مواد بهتر و قوی‌تر و درک عمیق‌تر از واکنش‌های حیاتی شیمیایی و بیولوژیکی منجر شود.