마음을 사로잡는 비디오는 크리스탈이 형성되는 방식에 대한 새로운 시각을 제공합니다.
Nature Nanotechnology에 3월 30일자 기술된 실시간 클립은 미세한 금 입자가 결정 구조에서 딸깍 소리를 내며 자리를 잡기 전에 텀블링, 슬라이딩 및 이리저리 날아다니는 클로즈업 뷰를 보여줍니다.
연구를 시작하기 전에 일리노이 주 에반스턴에 있는 노스웨스턴 대학의 물리학자 Erik Luijten은 결정이 어떻게 형성되는지에 대한 100년 된 인식을 간단히 확인할 것으로 기대했습니다. 그러나 그는 “결정화에 대해 아직 밝혀야 할 것이 너무 많다”고 말합니다.
소금, 설탕, 석영과 같은 친숙한 결정체를 구성하는 원자는 작동 중인 이미지를 포착하기 어렵습니다. 그래서 연구팀은 직경이 약 600억분의 1미터인 금 나노입자 또는 일반적인 인간 머리카락 직경의 약 1/1000인 금 나노입자로 전환했습니다. 연구원들은 입자가 짠 액체에 떠다닌 후 제자리에 고정될 때 입자를 추적하기 위해 투과 전자 현미경을 사용했습니다.
Luijten은 동영상에서 놀라운 점은 결정 표면을 가로지르는 금 나노입자에 의존하는 결정화 방식과 입자가 주변 유체에서 성장하는 결정으로 빠르게 이동하는 방식이라고 말합니다. 비디오를 통해 연구자들은 두 프로세스를 모두 제어할 수 있는 방법을 찾을 수 있었습니다.
유체의 화학적 특성을 조정함으로써 연구원들은 결정을 형성하기 위해 주변 용액에서 나노입자가 증착되는 속도를 조정했습니다. 정육면체, 움푹 패인 면이 있는 정육면체, 구체를 포함한 모양 중에서 선택하면 입자가 결정을 따라 이동하는 방식이 변경되었습니다. 유체 화학과 입자 모양을 모두 변경함으로써 연구자들은 나노입자 결정이 매끄러운 면 또는 거친 표면으로 성장하는지 여부를 제어했습니다.
나노 입자는 원자 크기의 수백 배입니다. 그러나 연구원들은 원자가 거의 같은 방식으로 결정으로 성장하여 나노입자를 편리한 스탠드인(stand-in)으로 만든다고 생각합니다. 이 연구는 구부릴 수 있는 전자 장치, 고효율 태양 전지 및 결정 구조에 의존하는 특성을 가진 기타 재료의 설계에 도움이 될 수 있습니다.