Учёные раскрыли атомные механизмы роста золотых нанокристаллов

Автор: Journal of the American Chemical Society (2025). DOI: 10.1021/jacs.5c06375

Кристаллизация — фундаментальный природный процесс, состоящий из двух этапов: зарождения кристаллов и их роста. Последний этап играет ключевую роль в формировании морфологии, размера и чистоты кристаллических материалов, что делает его важным объектом исследований в материаловедении и инженерии дефектов. Понимание механизмов роста кристаллов на атомном уровне долгое время оставалось одной из главных задач в этой области.

Международная команда учёных из Синьцзянского технического института физики и химии Китайской академии наук, Ливерморской национальной лаборатории (США) и Международной иберийской нанотехнологической лаборатории (Португалия) смогла детально изучить, как размер, плотность дефектов и траектории сближения влияют на рост кристаллов при их слиянии. Результаты исследования опубликованы в Journal of the American Chemical Society.

Используя передовую методику in-situ визуализации с помощью просвечивающего электронного микроскопа с коррекцией аберраций (AC-TEM), который обеспечивает атомное разрешение, исследователи изучили процесс слияния пятикратно двойникованных (5-FT) нанокристаллов золота в более крупные структуры.

Были обнаружены два основных механизма роста:

• При слиянии двух малых 5-FT нанокристаллов (размером 6–11 нм) преобладает процесс «раздвойникования», уменьшающий внутренние структурные дефекты.
• При слиянии 5-FT нанокристалла с кристаллом другой структуры ключевую роль играет атомная перестройка и миграция поверхностных атомов.

Также выяснилось, что слившиеся частицы, превышающие критический размер, часто образуют сложные многодвойникованные структуры.

Учёные установили, что помимо размера частиц на процесс слияния влияют начальная плотность дефектов и траектории сближения нанокристаллов, что определяет скорость роста и конечную структуру кристалла.

Исследователи также детально зафиксировали атомную динамику процесса слияния, включая промежуточные структуры, миграцию границ зёрен и образование/исчезновение двойниковых областей.

Эти открытия предоставляют ценную информацию для развития материаловедения и технологий управления дефектами в кристаллических материалах.

Подробнее: Hongshan Wang et al, Atomic-Scale Dynamics of Five-Fold Twin Mediated Coalescence: Pathway-Dependent and Defect-Governed Nonclassical Growth Mechanisms, Journal of the American Chemical Society (2025). DOI: 10.1021/jacs.5c06375

Источник: Chinese Academy of Sciences