Observación de la nucleación cristalina en cuatro dimensiones utilizando la tomografía de electrones atómicos

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Las nanociencias
• Física de la materia condensada
• Química

Sus antecedentes:

• La nucleación es fundamental para diversos procesos físicos y biológicos, incluida la cristalización y la formación de enfermedades.
• El estudio de la nucleación en etapa temprana a nivel atómico es experimentalmente desafiante.
• Los métodos anteriores carecían de la resolución para determinar la estructura atómica 3D y la dinámica de los núcleos nacientes.

Objetivo del estudio:

• Investigar la nucleación en etapa temprana en cuatro dimensiones (4D) con resolución atómica.
• Determinar la estructura atómica y la dinámica de los núcleos durante su formación y evolución.
• Proporcionar pruebas experimentales para refinar las teorías de nucleación.

Principales métodos:

• Utilizó tomografía atómica electrónica para lograr imágenes de resolución atómica 4D.
• Utilizó nanopartículas FePt como un sistema modelo para estudios de nucleación.
• Los hallazgos corroborados con simulaciones de dinámica molecular de la nucleación de Pt.

Principales resultados:

• Los núcleos en etapa temprana exhiben formas irregulares con un núcleo de 1 a 3 átomos que muestran el máximo orden.
• El gradiente del parámetro de orden se dirige desde el núcleo hasta su límite.
• Observó y capturó el comportamiento dinámico de los núcleos, incluido el crecimiento, la disolución, la fusión y la división.

Conclusiones:

• La tomografía electrónica atómica proporciona una resolución atómica 4D sin precedentes de la nucleación.
• La dinámica de los núcleos en etapa temprana se rige por la distribución y los gradientes de los parámetros de orden.
• La teoría clásica de la nucleación requiere una revisión para describir los procesos de nucleación a escala atómica.
• Este enfoque permite el estudio de varios fenómenos como las transiciones de fase y la difusión atómica a resolución atómica.