Konečne vieme, ako sa začínajú formovať kryštály zlata na úrovni atómov. Nielenže sa vedcom podarilo celý dej spozorovať, dokonca bol zaznamenaný na video prostredníctvom vysokovýkonného elektrónového mikroskopu pri rýchlosti 625 snímok za sekundu. O téme informoval portál Sciencealert.

Ako sa ukázalo, namiesto jednej trvalej transformácie sa atómy niekoľkokrát spojili a rozpadli, kým sa stabilizovali do podoby kryštálu. Podľa „klasickej“ teórie nukleácie, prvej etapy tvorby kryštálov, sa kryštály tvoria lineárnym spôsobom, teda atóm po atóme. V moderných štúdiách bol dokonca spozorovaný dvojstupňový proces nukleácie, kedy sa na krátky čas vytvorila vysokoenergetická štruktúra, ktorá sa neskôr zmenila na stabilný kryštál.

Ako však naznačuje najnovší výskum medzinárodnej skupiny vedcov vedenej Národným laboratóriom Lawrencea Berkeleyho (Berkeley Lab), celý priebeh tvorby kryštálov je ešte oveľa komplikovanejší, upozorňuje BerkeleyLab.

Berkeley Lab

Čo je to nukleácia a ako prebieha?

Nukleácia predstavuje vytvorenie kryštalizačných zárodkov, teda stabilných zoskupení, klastrov molekúl. Proces tvorby kryštálov však nepatrí zrovna medzi ľahko pozorovateľne procesy. Ide o dynamický proces odohrávajúcu sa v priestorovo, ale i časovo veľmi malých mierach. Celý proces je navyše ovplyvňovaný „prvkom náhody“.

Ako naznačujú výsledky štúdie publikovanej v prestížnom periodiku Science, namiesto zoskupovania atómov (atóm po atóme), sa atómy zlata samoorganizujú, rozpadajú, preskupujú, a to v mnohonásobnom procese. Inými slovami, atómy zlata sa spojili do kryštalickej konfigurácie, rozpadli sa a opäť sa spojili v inej konfigurácii. Proces sa niekoľkokrát opakoval a pred stabilizáciou kolísal medzi neusporiadaným a kryštalickým stavom, píše portál ScienceAlert.

Okrem iného sa ukázalo, že akonáhle kryštály dosiahli určitú veľkosť, už sa nevrátili do neusporiadaného, ​​nestabilného stavu, čo je v súlade s konvenčným chápaním tohto procesu.

Proces tvorby kryštálu zlata (Zdroj: Sungho Jeon et al.)

Celý dej experti pozorovali prostredníctvom mikroskopu TEAM I, ktorý v súčasnosti patrí medzi najvýkonnejšie elektrónové mikroskopy. Odborníkom sa taktiež podarilo v neuveriteľných detailoch zaznamenať prvé milisekundy nukleácie, a to pri rýchlosti 625 snímok za sekundu.

„Pomalšie pozorovania by premeškali tento veľmi rýchly, reverzibilný proces a namiesto prechodov by videli iba rozostrenie, čo vysvetľuje, prečo toto správanie nebolo nikdy predtým pozorované,“ uviedol jeden z autorov štúdie, Peter Ercius.

Podľa dostupných informácií je hlavným vinníkom tejto nestability, respektíve tohto reverzibilného procesu, teplota. Nukleácia a rast kryštálov totiž patrí medzi exotermické procesy, čo znamená, že pri nich dochádza k uvoľňovaniu energie vo forme tepla. Uvoľnená energia potom môže zvýšiť „miestnu teplotu“ a roztopiť kryštál.

NEPREHLIADNI
Je tu šanca, že zvyšky mimozemského telesa sú ukryté priamo pod povrchom Zeme. Ako sa sem dostali?

Týmto spôsobom dochádza k neustálemu taveniu konfigurácie kryštálov, až pokým sa nevytvorí jadro, ktoré je dostatočne silné, aby tomuto teplu odolalo – vznikne stabilný kryštál zlata, na ktorý sa môžu nabaľovať ďalšie atómy bez toho, aby došlo k zrúteniu do nestabilného stavu.

Tím autorov celé pozorovanie navyše potvrdil výpočtami väzbových reakcií medzi hypotetickým atómom zlata a nanokryštálom.

Ako sa jednotlivé atómy zlata usporadúvajú do kryštálov na vrchu grafénového filmu ukazuje toto video:

Najbližším cieľom vedcov je vývoj nového a ešte lepšieho detektora, ktorý by bol schopný zachytiť celý proces pri ešte vyššej rýchlosti, čo by mohlo odhaliť ďalšie, doteraz skryté procesy nukleácie. Výsledky sú dôležité pre vedu o materiáloch a presné pochopenie toho, ako dochádza k vytváraniu materiálov iba z chaoticky usporiadanej hromady atómov.