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新成像技術(shù)“透視”晶體內部結構

發(fā)布時(shí)間:2024-6-24來(lái)源:青島市科學(xué)技術(shù)局點(diǎn)擊:返回列表

科技日報北京6月3日電 (記者張佳欣)美國紐約大學(xué)研究人員開(kāi)發(fā)了一項創(chuàng )新技術(shù)。該技術(shù)使人能夠以前所未有的方式窺視晶體結構,仿佛賦予人眼X射線(xiàn)般的超能力。這項名為“晶瑩剔透法”的新技術(shù),將透明粒子、顯微鏡與激光技術(shù)相結合,使科學(xué)家能夠看到構成晶體的每個(gè)單元,并據此創(chuàng )建出動(dòng)態(tài)三維模型。相關(guān)論文3日發(fā)表于《自然·材料》雜志上。
 
為了深入研究晶體,許多科學(xué)家將目光投向膠體粒子組成的晶體。這些粒子非常小,直徑通常在一微米左右。但相較于原子,它們又大很多,因此更容易在顯微鏡下觀(guān)察。
 
此次,研究人員致力于開(kāi)發(fā)一種方法,以可視化晶體內部的構建塊。他們首先創(chuàng )建了透明的膠體顆粒,并添加了染料分子來(lái)做標記,從而在顯微鏡下可用熒光區分每個(gè)顆粒。
 
但僅靠顯微鏡還不夠,研究人員轉向了共聚焦顯微鏡成像技術(shù)。該技術(shù)利用激光束掃描材料,從染料分子中產(chǎn)生特定的熒光。這不僅能夠揭示晶體的每個(gè)二維平面,還能將這些平面堆疊起來(lái),構建出三維數字模型,并精確確定每個(gè)粒子的位置。這些模型可以旋轉、切片和拆解,從而揭示晶體內部任何潛在缺陷。
 
在靜態(tài)晶體中,他們用該技術(shù)觀(guān)察了晶體孿生現象。此外,這項技術(shù)還允許科學(xué)家在晶體變化時(shí)對其進(jìn)行可視化。例如,當晶體熔化時(shí)會(huì )發(fā)生什么?粒子會(huì )重新排列嗎?缺陷會(huì )移動(dòng)嗎?在一項實(shí)驗中,研究人員熔化了一種具有礦物鹽氯化銫結構的晶體。他們發(fā)現,缺陷是穩定的,并未如預期那樣四處移動(dòng)。
 
為了驗證靜態(tài)和動(dòng)態(tài)晶體的實(shí)驗,研究人員使用計算機模擬來(lái)創(chuàng )建具有相同特征的晶體,并證實(shí)這一方法可準確捕捉晶體內部情況。這一突破性技術(shù)有望為構建更優(yōu)質(zhì)的晶體和開(kāi)發(fā)與光相互作用的光子材料鋪平道路。
 
【總編輯圈點(diǎn)】
 
寶石是晶體,冰塊和食鹽也是。研究晶體對材料學(xué)、物質(zhì)科學(xué)都有重要意義。要了解晶體內部結構,就要借助先進(jìn)的科學(xué)儀器,看到各個(gè)離子的相互位置關(guān)系和對稱(chēng)狀態(tài)。但是,要想實(shí)時(shí)觀(guān)察,還是人眼+顯微鏡的組合更為便捷。此次,科研人員采取了“染色法”,并用共聚焦顯微鏡成像技術(shù)讓染料分子產(chǎn)生特定的熒光,這樣一來(lái),人們可以看到晶體的每個(gè)二維平面,還能及時(shí)捕捉晶體不同狀態(tài)時(shí)內部的變化。這一技術(shù),可為開(kāi)發(fā)更有意思的光子材料開(kāi)辟新路。 

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