با کمک میکروسکوپ الکترونی عبوری فاز مایع و انجام محاسبات، محققان موفق به تصویربرداری از فرآیند تولید بلور از نانوذرات شدند. پیش از این، چنین کاری برای ابعاد میکرونی انجام شده بود، اما در این پروژه کار در مقیاس نانومتری انجام شد.
فرآیند چیدمان اجزاء و تشکیل بلور از نانوذرات مشاهده شد
برای اولین بار، محققان دانشگاه نورث‌وسترن و دانشگاه ایلینویز فرایند چیده شدن اجزاء سازنده نانوذرات و تبدیل آن به یک ماده جامد را تماشا کردند. در فیلم‌های جدیدی که محققان از این فرآیند تهیه کردند، این اجزاء همانند قطرات باران می‌بارد و روی هم قرار می‌گیرد و در نهایت یک ذره بلور را ایجاد می‌کند.
این تیم تحقیقاتی می‌گوید: «این فیلم‌ها درک جدیدی به وجود می‌آورد که می‌تواند برای طراحی مواد جدید از جمله فیلم‌های نازک برای کاربردهای الکترونیکی استفاده شود.»
نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای در نشریه Nature Nanotechnology منتشر شده است.
در این مطالعه پژوهشگران از نوع بهینه شده میکروسکوپ الکترونی عبوری فاز مایع (TEM) برای به دست آوردن دیدگاه‌های بی‌سابقه‌ای در فرایند خود مونتاژ استفاده کردند. پیش از این، محققان از میکروسکوپ برای تماشای کلوئیدهای با ابعاد میکرونی استفاده کرده بودند که ۱۰ تا ۱۰۰ برابر بزرگتر از نانوذرات هستند و با فرآیند خود مونتاژ شدن به صورت بلور در آمده‌اند. آن‌ها همچنین از کریستالوگرافی اشعه ایکس یا میکروسکوپ الکترونی برای دیدن لایه‌های تک اتمی در یک شبکه بلوری استفاده کردند. اما قادر به تماشای اتم‌ها به صورت جداگانه در جای خود نبودند.
اریک لویجن از دانشگاه نورث وسترن که رهبری بخش نظری و محاسباتی برای توضیح مشاهدات این پروژه بود، گفت: «ما می‌دانیم که اتم‌ها از یک طرح مشابه برای جمع آوری اجزاء خود استفاده می‌کنند، اما هرگز روند رشد واقعی را ندیده‌ایم. اکنون می‌بینیم که درست در مقابل چشمان ما این اجزاء جمع می‌شوند. با مشاهده نانوذرات، ما در حال تماشای ذراتی هستیم که از اتم‌ها بزرگتر بوده اما از کلوئیدها کوچکتر هستند. بنابراین، ما کل طیف مقیاس طول را تکمیل کرده‌ایم. در این پروژه ما حلقه گمشده را ایجاد کردیم.»
کیان چن از محققان دانشگاه ایلینویز که رهبر بخش عملی این پروژه است، می‌گوید: «پیش از این، تیم ما رمز و راز هسته‌زایی را مشخص کرده بود، یعنی اینکه هسته بلورها متشکل از ده‌ها نانوذره چگونه تشکیل می‌شوند. با پیشرفت‌های اخیر در TEM فاز مایع و علوم داده، اکنون ما قادر به رصد حرکات هزاران نانوذره در طول زمان هستیم. این نانوذرات در محلول در حال چرخش هستند و به بلورهایی با مورفولوژی‌های مختلف تبدیل می‌شوند.»
