Переходы из одного состояния вещества в другое, такие как замораживание, таяние или испарение, начинаются с процесса, называемого зародышеобразованием. В ходе него крошечные кластеры атомов или молекул (называемые ядрами) начинают объединяться.
Во время эксперимента исследователи получили совершенно новое представление о зародышеобразовании, которое противоречит общепринятой теории нуклеации: ученые впервые отследили, как атомы перестраиваются в четырехмерном пространстве.
4D-пространство в данном случае — математический объект, обобщающий свойства трехмерного пространства. То есть речь идет о множество векторов с четырьмя вещественными координатами, а не о четырехмерным пространством-временем теории относительности.
Ученые использовали новейший 3D-электронный микроскоп от Berkeley Lab, чтобы исследовать железо-платиновый сплав, нарезанный на наночастицы шириной около 1/10 000 ширины человеческого волоса. Наночастицы нагрели до 520 °С — при такой температуре они переходили из твердого состояния в жидкое.
Трехмерные изображения были получены через 9, 16 и 26 минут после нагревания. На них исследователи заметили, что ядра образовывали неправильные формы, а не идеально круглые, предсказанные давно существующими теориями. Вместо того, чтобы иметь четкие границы, как ожидалось, расположение атомов было более хаотичным вблизи поверхности.
Это действительно новаторский эксперимент — мы не только обнаружили и идентифицировали отдельные атомы с высокой точностью, но и впервые отследили их движение в 4D.
Джианвей Мяо, ведущий автор исследования
Ранее исследователи из Йокогамского национального университета безопасно телепортировали квантовую информацию в пределах алмаза. Работа позволит ускорить разработку квантовых систем для хранения конфиденциальной информации.