東京大學和復旦大學的一組研究人員研究了可能存在多個結構排列的結晶過程。通過減少來自隨機波動的噪聲，他們發(fā)現(xiàn)各種晶序的瞬態(tài)前體共存并相互競爭。這項工作可能有助于導致更有效的晶體工程方法。

水晶區(qū)是任何地質博物館最受歡迎的展覽之一。優(yōu)雅的晶體的大，平坦，矩形或四面體的表面反映了潛在的分子圖案。通過仔細檢查，發(fā)現(xiàn)一些標本是不同形狀的鑲嵌圖，表明相同的原子可以以多種方式排列自己，稱為多態(tài)性。實際上，所有晶體只是原子或通常從較小種子生長的較大顆粒的重復排列。這些種子用作初始模板，允許新粒子附著在適當?shù)奈恢谩５?，當多個結構表現(xiàn)出相似的穩(wěn)定性時，結晶過程可能變得極其復雜。

為了更好地理解這一點，東京大學和復旦大學的研究人員研究了由均勻的聚(甲基丙烯酸甲酯)膠體球組成的實驗系統(tǒng)。使用共聚焦顯微鏡，可以同時跟蹤許多粒子的3D位置，并結合強大的計算機算法，該團隊觀察到競爭結構不斷混合和重整的沸騰混合物。

每種類型的晶體有序前驅體都在競爭該類型結構的生長?？茖W家發(fā)現(xiàn)，結晶完成之前的中間結構是局部有序的混合物，這些混合物是短暫的且經常相互轉化。高級作者彭潭說：“不同晶體有序之間的競爭是局部發(fā)生的，并且可以被較大的位置波動所掩蓋。”

為了克服這種噪音，團隊必須使用計算方法來正確分類各種結構。相的空間共存，以及新發(fā)現(xiàn)的競爭順序的時間波動，表明無序是晶體前體的固有特征。

高級作者Hajime Tanaka說：“我們的方法提供了一個樣品中各種晶型之間可能存在的競爭的最清晰畫面。”“這項研究可能為工業(yè)生產晶體材料的新方法鋪平道路。”

該工作在《科學進展》上發(fā)表為“揭示競爭性局部結構有序在多晶型系統(tǒng)結晶中的作用”。