کریستال ها هندسه پنهان مولکول ها را با چشم غیر مسلح آشکار می کنند. دانشمندان از کریستال ها برای کشف ساختار اتمی مواد جدید استفاده می کنند، اما بسیاری از آنها را نمی توان به اندازه کافی بزرگ کرد. اکنون، تیمی از محققان تکنیک جدیدی را در شماره 19 ژانویه Nature گزارش می دهند که می تواند ساختار کریستالی هر ماده ای را کشف کند.
برای درک واقعی یک ماده شیمیایی، یک دانشمند باید بداند اتم های آن چگونه مرتب شده اند. گاهی اوقات این آسان است: برای مثال، الماس و طلا هر دو از یک نوع اتم (به ترتیب کربن یا طلا) ساخته شده اند که در یک شبکه مکعبی چیده شده اند. اما اغلب تشخیص موارد پیچیده تر دشوارتر است.
نیت هومن، فیزیکدان شیمی UConn، می گوید: «هر یک از این دانه های برف خاص است – رشد آنها واقعاً دشوار است. هومن چاکوژنولات های آلی فلزی را مطالعه می کند. آنها از یک فلز ترکیب شده با یک پلیمر آلی و عنصری از ستون 16 جدول تناوبی (گوگرد، سلنیوم، تلوریم یا پولونیوم) ساخته شده اند. برخی از آنها رنگدانه های رنگی روشن هستند. دیگران وقتی نور به آنها تابیده می شود رسانای الکتریکی بیشتری می شوند. برخی دیگر روان کننده های جامد خوبی می سازند که در دمای بالای پالایشگاه ها یا معادن نفت نمی سوزند.
این یک خانواده بزرگ و مفید از مواد شیمیایی است. اما مطالعات هومن - کالکوژنولات های ترکیبی - واقعاً دشوار است. آزمایشگاه هومن نتوانست ساختارهای اتمی را حل کند، زیرا آنها قادر به رشد بلورهای بزرگ بزرگ نبودند. حتی کریستال های پودری کوچکی که می توانستند به دست آورند، ناقص و نامرتب بودند.
کریستالوگرافی اشعه ایکس روش استاندارد برای کشف آرایش اتمی مواد پیچیده تر است. یک مثال معروف و اولیه این بود که چگونه روزالیند فرانکلین از آن برای کشف ساختار DNA استفاده کرد. او قطعات بزرگ و کامل DNA را به شکل کریستالی جدا کرد و سپس آنها را با اشعه ایکس روشن کرد. پرتوهای ایکس به قدری کوچک هستند که از میان فضاهای بین اتم‌ها پراکنده می‌شوند، همان‌طور که نور مرئی از شکاف‌های فلزی پراکنده می‌شود. با انجام محاسبات روی الگوی پراش، می‌توانید فاصله شکاف‌ها - یا اتم‌هایی را که آن را ایجاد کرده‌اند، بفهمید.
هنگامی که ساختار اتمی یک ماده را بشناسید، دنیای کاملا جدیدی باز می شود. دانشمندان مواد از این اطلاعات برای طراحی مواد خاصی برای انجام کارهای خاص استفاده می کنند. به عنوان مثال، شاید شما ماده ای دارید که نور را به روش های خنک خم می کند، به طوری که در زیر نور ماوراء بنفش نامرئی می شود. اگر ساختار اتمی را درک می کنید، ممکن است بتوانید آن را تغییر دهید - مثلاً یک عنصر مشابه با اندازه متفاوت را در یک نقطه خاص جایگزین کنید - و آن را مجبور کنید در نور مرئی همان کار را انجام دهد. Voila، یک شنل نامرئی!
کالکوژنولات های هیبریدی، ترکیباتی که هومن مطالعه می کند، شما را نامرئی نمی کند. اما آنها ممکن است کاتالیزورهای شیمیایی جدید و نیمه هادی های عالی بسازند. در حال حاضر او با آنهایی که بر پایه نقره هستند کار می کند. هومن می گوید که مورد علاقه او، میترن، از نقره و سلنیوم ساخته شده است و به رنگ آبی درخشان در نور ماوراء بنفش می درخشد.
الیزه شرایبر، دانشجوی فارغ التحصیل شیمی در آزمایشگاه هومن، هومن را متقاعد کرد که باید سعی کنند برخی از کالکوژنولات های کوچک و نامرتب هیبریدی را در یک پرتو پرتو ایکس پرقدرت روشن کنند. اگر آنها می توانستند ریاضی را بفهمند، همه مسائل آنها را حل می کرد.
شرایبر در حین کار در منبع نور منسجم Linac در شتاب دهنده خطی SLAC در منلو پارک، کالیفرنیا، با آرون بروستر، محققی در برکلی آشنا شد. بروستر اشاره کرد که ریاضیات لازم برای حل ساختار بلوری مواد دشوار را با استفاده از کریستالوگرافی اشعه ایکس حل کرده است. اما او به چیزی نیاز داشت تا آن را آزمایش کند. هومن و شرایبر مطالب را در اختیار داشتند. آنها کریستال های ناقص و ریز کالکوژنولات را فراهم کردند که آنها را در آب امولسیون شده با صابون ظرف سپید (یک مورد ضروری دیگر در آزمایشگاه هومن که آبی می درخشد) مخلوط کردند و فواره هایی از آنها را به پرتو شتاب دهنده شلیک کردند. هر پالس اشعه ایکس کریستال ها را به طرز باورنکردنی روشن می کرد و به بروستر اجازه می داد عکسی فوری از ساختارهای اتمی صدها کریستال کوچک بگیرد. بروستر با عکس های فوری کافی توانست محاسبات را انجام دهد و نحوه چیدمان اتم ها را بفهمد.
آنها نه تنها ساختارهای کریستالی را حل کردند، بلکه متوجه شدند که بهترین حدس‌های قبلی در مورد این ساختارها اشتباه بوده است. در تئوری، این تکنیک که کریستالوگرافی فمتوثانیه ای سریال مولکولی کوچک یا smSFX نامیده می شود، می تواند برای هر ماده شیمیایی یا ماده ای استفاده شود.
دانشمندان کامپیوتر نیکلاس ساتر و دانیل پیلی در آزمایشگاه ملی لارنس برکلی نیز به توسعه smSFX کمک کردند. پیلی توضیح می‌دهد که وقتی یک پودر واقعی دارید، مانند داشتن یک میلیون کریستال است که همه با هم مخلوط شده‌اند، پر از نقص، و در هر جهت ممکن درهم ریخته شده‌اند. smSFX به جای پراش کل ترکیب با هم و بازخوانی گل آلود از چگالی الکترون‌ها، مانند تکنیک‌های پراش پودر موجود، آنقدر دقیق است که می‌تواند تک تک دانه‌ها را یکی یکی پراش کند. او گفت: «این به آن جلوه تیز کنندگی خاصی می دهد. پیلی می‌گوید: "بنابراین این در واقع نوعی سس مخفی کل این روش است. معمولاً شما یک میلیون شلیک می‌کنید، اما اکنون 10000 را به صورت متوالی شلیک می‌کنید."
مجموعه عظیمی از دینامیک‌های فیزیکی و حتی شیمیایی شگفت‌انگیز وجود دارد که در مقیاس‌های زمانی فوق‌العاده سریع اتفاق می‌افتد و این تکنیک می‌تواند به ما کمک کند تا بفهمیم چگونه این رویدادهای دینامیکی بر ساختار مواد میکروکریستالی تأثیر می‌گذارند. به نوعی، نقاط بین ساختار یک ماده و عملکرد آن را به هم متصل می‌کند شرایبر توضیح می دهد. هومن به همان اندازه از موفقیت آنها هیجان زده است.
هومن می‌گوید: «اکنون که می‌توانیم این ساختارهای سخت را حل کنیم، می‌توانیم بهترین ساختارها را برای اهداف خود طراحی کنیم. اغلب، یک ماده به داشتن یک ویژگی مطلوب نزدیک می شود، اما ساختار کریستالی آن کاملاً درست نیست. هومن امیدوار است که با داده هایی که می توانند از کریستالوگرافی اشعه ایکس با استفاده از تکنیک بروستر به دست آورند، بتوانند مواد بهتری را از ابتدا طراحی کنند.
در حال حاضر، هومن و بروستر با تس اسمیت، متخصص یادگیری ماشین در MIT، همکاری می کنند تا سعی کنند به کامپیوتری برای طراحی مواد با ویژگی های خاص آموزش دهند.
این کار شامل استفاده از لیزر الکترون آزاد SACLA در ژاپن، منبع نور منسجم Linac در آزمایشگاه ملی شتاب دهنده SLAC، و ریخته‌گری مولکولی و مراکز محاسبات علمی تحقیقات انرژی ملی، تأسیسات کاربری دفتر علوم وزارت انرژی ایالات متحده واقع در برکلی بود. آزمایشگاه.
نقل قول: حل ساختار کریستال زمانی که فقط پودر دارید (2022، 23 ژانویه) در 23 ژانویه 2022 از https://phys.org/news/2022-01-crystal-youve-powder.html بازیابی شده است.
این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به غیر از هرگونه معامله منصفانه به منظور مطالعه یا تحقیق خصوصی، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تکثیر نیست. محتوای مذکور فقط به هدف اطلاع رسانی ایجاد شده است.
[ad_2]
مقالات مشابه
- لس آنجلس گلکسی برای دیدار با Aleksandar Katai پس از همسر 'نژادپرستانه' پست
- میکروپلاستیک ها در خاک های گرمسیری گسترده هستند
- روش های کاربردی یادگیری واژگان زبان انگلیسی
- حداقل 2 نفر کشته در تیراندازی در کالیفرنیا خارج شده و توزیع مرکز گزارش می گوید
- Nick Kyrgios بالند در مورد جن بوچارد پس از آنا Kalinskaya تقسیم
- ترور لارنس دفاع Dabo Swinney بیش ', فوتبال, مهم,' پیراهن
- اسکالپینگ در فارکس و ارز دیجیتال - امیدینو.ترید
- نکاتی کاربردی برای تعمیر لوازم خانگی با دکتر آچار
- متس نیاز به یک مقدار زیادی از مارکوس بود برای توجیه تعجب تجارت هزینه
- 'که در آن دیگری من میخوام پیدا $145 خورشید لباس با گریپ فروت در آن ؟ J. Crew را به بریده بریده قیمت برای مردم را به خرید لباس های خود را, تحلیلگران می گویند