Rekordowa rozdzielczość w skali atomowej. Dzięki nowym nagraniom udało się obalić teorię sprzed lat

Dojrzewanie Ostwaldowskie jest pojęciem z zakresu starzenia emulsji, a teoria sprzed lat zakładała, że małe cząsteczki rozpuszczają się i ponownie osadzają na powierzchni dużych cząsteczek. Z kolei duże cząsteczki miałyby nadal rosnąć, do momentu aż wszystkie małe cząsteczki się rozpuszczą.

Badaniami w tej sprawie zajmował się Wilhelm Ostwald, który w 1909 roku otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii. Wiele lat później naukowcy z Berkeley Lab wykonali nagrania cząsteczek w skali atomowej i doszli do wniosku, że ich wzrost jest kierowany nie przez różnice w wielkości, ale przez defekty. Szczegóły dotyczące ich badań zostały zaprezentowane na łamach Nature Communications.

Czytaj też: Powstał pierwszy elektryczny nanomotor z DNA. Człowiek znowu podgląda przyrodę

Jak wyjaśnia jedna z autorek badań, Haimei Zheng, ustalenia jej zespołu są niezwykle istotne i w zasadzie prowadzą do stworzenia pewnych teorii na nowo. Zanim jednak naukowcy doszli do takich wniosków, postanowili zawiesić roztwór nanocząstek siarczku kadmu (CdS) z chlorkiem kadmu (CdCl2) i chlorowodorem (HCl). Następnie oświetlili roztwór wiązką elektronów, co miało na celu wytworzenie nanocząstek Cd-CdCl2 wyglądających jak płaskie, sześciokątne dyski. Atomy kadmu tworzą w nich rdzeń, natomiast chlorek kadmu odpowiada za powłokę.

Aby uwiecznić zachodzące w tak niewielkiej skali procesy członkowie zespołu skorzystali z techniki zwanej wysokorozdzielczościową transmisyjną mikroskopią elektronową ciekłych komórek. Dzięki temu udało im się w czasie rzeczywistym, w skali atomowej, uwiecznić przemiany zachodzące wewnątrz roztworu w obecności wiązki elektronów oraz ostatecznie powstanie Cd-CdCl2.

W toku eksperymentów udało się między innymi uwiecznić małą nanocząstkę Cd-CdCl2 łączącą się z dużą, co doprowadziło do powstania większej. Najbardziej zaskakujący okazał się jednak fakt, że na wzrost wpływały nie różnice w wielkości, ale defekt w postaci pęknięcia, do którego doszło w powłoce początkowo większej z nanocząstek.

Czytaj też: 150 tysięcy kubitów w jednym układzie. Komputery kwantowe czeka rewolucja

Według autorów publikacji ich nagranie ma rekordowo wysoką rozdzielczość. Istotną rolę w dokonaniu tego przełomu odegrał specjalistyczny mikroskop elektronowy ThemIS, który jest w stanie rejestrować zmiany w skali atomowej w cieczach z prędkością 40-400 klatek na sekundę. Środowisko wysokiej próżni mikroskopu utrzymuje wtedy próbkę cieczy w stanie nienaruszonym.