Nukleacja pod lupą

Fot. Pixabay CC0

Każde przejście z jednego stanu materii do drugiego zaczyna się od nukleacji. Polega to na tym, że skupiska atomów lub cząsteczek – nazywane jądrem - zaczynają się łączyć. Nukleacja odgrywa kluczową rolę w wielu zjawiskach, i to tak różnych jak powstawanie chmur i choroby neurodegeneracyjne.

Zespół naukowców z UCLA zobrazował ten proces po raz pierwszy w 4-D, czyli w trzech wymiarach w przestrzeni i w czasie. Jianwei „John" Miao, profesor fizyki i astronomii UCLA, powiedział: „To naprawdę przełomowy eksperyment."

Badanie, w którym brało udział wielu naukowców również z innych uczelni, wykorzystało technikę obrazowania nazywaną "atomową tomografią elektronową", którą zespół Miao opracował już wcześniej. Wykorzystuje ona najnowocześniejszy mikroskop elektronowy, który obrazuje próbkę za pomocą elektronów. Tak jak w czasie tomografii komputerowej ludzkiego ciała, powstają oszałamiające obrazy 3D.

Badacze poddali takiej analizie stop żelazo-platyna, który podgrzali, aby zobaczyć nukleację.
Okazało się, że materiał przybrał strukturę bardziej uporządkowaną. Zmianę tą można porównać do kostki Rubika - faza pomieszana ma wszystkie kolory losowo rozmieszczone, podczas gdy w fazie uporządkowanej kolory znajdują się na jednej ścianie.

Wyniki badań były również zaskakujące, ponieważ zaprzeczyły klasycznej teorii nukleacji, która głosi, że jądra są idealnie okrągłe i mają ostre granice. Naukowcy zaobserwowali jednak, że tworzyły one nieregularne kształty, a każde zawierało rdzeń atomów.

Dostarcza to bezpośrednich dowodów, że klasyczna fizyka nie zawsze odzwierciedla zjawiska na poziomie atomowym. Z kolei ddkrycia dotyczące nukleacji mogą wpływać na badania w wielu dziedzinach, w tym w fizyce, chemii, materiałoznawstwie, nauce o środowisku i neuronauce.

(KB)