فراتر از اشعه ایکس: روشی نوظهور برای مطالعه دقیق ساختار کریستال‌ها
محققان یونیورسیتی نیویورک (NYU) یک روش جدید برای نگاه کردن به درون کریستال‌ها پیدا کردن. این روش، مدل های سه‌بعدی از کریستال های منفرد را تولید می‌کند و به دانشمندان این امکان را می‌دهد تا انحرافات ظریفی که در الگوهای بی‌نقص آنها ظاهر می‌شود، ببینند.
محققان دانشگاه نیویورک (NYU) به دنبال یافتن راهی بودند تا بتوانند به درون جامدات ساخته شده از واحدهای تکرار شونده مثل کریستال‌ها نگاه کنند و بفهمند چگونه رشد می‌کنند.
با استفاده از اشعه ایکس با طول موج کوتاه، دانشمندان می‌توانند با اندازه‌گیری زاویه پراش پرتوها، استنباط کنند که چگونه اجزای کریستال با هم قرار می‌گیرند.
مقاله جدیدی که در Nature Materials منتشر شد، یک تکنیک جدید را توصیف می‌کند که قول می‌دهد در نهایت این واقعیت را تغییر دهد – البته نه برای کریستال هایی که از واحدهای تکراری اتم های منفرد تشکیل شده‌اند.
این موضوع به کریستال هایی مربوط می‌شه که از الگو های بنیادی ذرات بزرگتر تشکیل شدن، به اندازه‌ای بزرگ که با چشم عادی دیده نمی‌شوند و نمی‌شود رویششون رو با دستکاری کردن برای اتم‌ها تغییر داد.
مطالعه این نوع کریستال‌ها باعث پیشرفت در درک رفتار و تکامل این ساختارها شده. محققان به آزمایش‌هایی با ساختار های بنیادی ذرات اشاره می‌کنند که نحوه شکل‌گیری و تکامل نابجایی‌ها رو در ساختارهای کریستالی نشون میده.
مثل روش کریستالوگرافی اشعه ایکس، این تکنیک هم محدودیت های خودش رو داره. مشکلات در پیدا کردن روش های قابل اعتماد برای تصویربرداری از کریستال های بنیادی ذرات نسبتا پیچیده به این معنیه که مطالعه این ساختارها تا حالا محدود شده به ساختار های نازک و ساده‌ای که از یک ذره تشکیل شدن.
به علاوه، بسیاری از کریستال‌ها از دو یا چند عنصر تشکیل شدن و ساختار های پیچیده و سه بعدی رو شکل میدن.
روش جدیدی که توسط تیم NYU پیشگام شده، این امکان رو فراهم می‌کنه که مطالعه کریستال های پیچیده‌تر و مبتنی بر ذرات بزرگتر رو انجام بدیم. این تکنیک بر پایه برخی کارهای قبلی این تیم هست که در آن آنها چارچوب “خود مونتاژ کولمبی ضعیف شده با پلیمر” یا PACS رو توسعه دادن.
PACS از بار های الکتریکی ذرات کلوئیدی استفاده می‌کنه تا اونها رو به یه ساختار کریستالی بکشه. این بهمون اجازه میده که بلور های دوتایی کلوئیدی قابل اعتماد بسازیم – کریستال هایی که از ذرات مختلف تشکیل شدن، مثل نمک خوراکی که از سدیم و کلر تشکیل شدن.
مطالعه جدید نشون میده که این ذرات کلوئیدی می‌تونن با استفاده از یک رنگ فلورسنت تشخیص داده بشن و بعد از تشکیل کریستال، مطالعات ادامه پیدا می‌کنن. به عبارت دیگه، دانشمندان می‌تونن به درون یک کریستال نگاه کنن و مشاهدات مستقیمی از درونش انجام بدن.
به عبارت دقیق‌تر، “ما می‌تونیم تمام ذرات داخل یک کریستال رو تشخیص بدیم و ساختار سه بعدی داخلش رو تا عمق ۲۰۰ لایه بازسازی کنیم”، همونطور که تیم NYU گزارش داده.
این تحقیقات چندین یافته جدید رو نشون میده که قبلاً به دست آورده شده.
فرآیند دوقلوسازی، که در اون دو شبکه کریستال به گونه‌ای در یک راستا قرار می‌گیرند که اجزایشون رو در امتداد یک صفحه مشترک به اشتراک می‌ذارن، مورد توجه دانشمندان قرار گرفته.
این توضیحات محققان در مورد ایجاد کریستال های کلوئیدی خیلی جالبه. آنها توضیح می‌دهند که این کریستال‌ها ساختارهای مکعبی ریزریز در مقیاس اتمی چندین ماده معدنی مختلف را بازتولید می‌کنند. به عنوان مثال، آنها از شبکه متناوب سدیم و کلر که نمک خوراکی را تشکیل می‌دهد، صحبت می‌کنند.
همچنین، در مورد auricupride که یک ترکیب از مس و طلا است، حرف می‌زنند. آنها اظهار دارند که توانستند به طور مستقیم از تکامل بلورهای دوقلو مشاهده داشته باشند و این یک دید مستقیم از چگونگی پیدایش چنین ساختارهایی است. این مشاهده مستقیم نشان می‌دهد که چگونگی پیدایش ساختار بلوری چقدر پیچیده است و رابطه بین عملکرد ذرات و شکل بلورهای بزرگ، از جمله نقص و دوقلویی، را روشن می‌کند. این تحقیقات بعد از بیش از ۱۰۰ سال از کشف اشعه ایکس همچنان به دنبال کشف اسرار کریستال‌ها هستند.
