فتحت تقنية جديدة لإنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد من البلورات الفردية نافذة للعلماء لرؤية الانحرافات الدقيقة التي تظهر في أشكالها المثالية.

عاد الباحثون في جامعة نيويورك (NYU) إلى لوحة الرسم للنظر بعمق داخل المواد الصلبة المصنوعة من وحدات متكررة وتحديد كيفية نموها.

مع الطول الموجي القصير، سمحت الأشعة السينية للعلماء منذ فترة طويلة باستنتاج كيفية تناسب مكونات البلورة معًا عن طريق قياس الزاوية التي تتباعد عندها الأشعة، على غرار حجم الوحدات المتكررة العديدة التي تشكل البلورات.

ومع ذلك، وعلى الرغم من براعته، فإن علم البلورات بالأشعة السينية له حدوده، والتي تم تلخيصها بدقة من خلال الجملة الافتتاحية لورقة بحثية منشورة حديثًا. منتجات طبيعية هذا الشهر: “يتم التعرف على هياكل البلورات الجزيئية باستخدام تقنيات التشتت لأننا لا نستطيع رؤية ما بداخلها.”

وتصف الورقة تقنية جديدة تعد بتغيير هذه الحقيقة أخيرًا، ولكن ليس للبلورات المكونة من وحدات متكررة من الذرات الفردية.

بل يتعلق الأمر بالبلورات المكونة من أنماط أساسية جزيئات اللبفهي كبيرة بما يكفي لرؤيتها تحت المجهر التقليدي والتعامل معها بطريقة مستحيلة بالنسبة للذرات.

أتاحت دراسة مثل هذه البلورات التقدم في فهم ديناميكيات البلورات. يستشهد الباحثون بتجارب أجريت على الهياكل الغروية التي تلقي الضوء خلق و تطور الاضطرابات داخل الهياكل البلورية.

كما هو الحال مع علم البلورات بالأشعة السينية، فإن هذه التقنية لها حدود. إن الصعوبات في إيجاد طرق موثوقة لتصوير البلورات الغروية المعقدة نسبيًا تعني أن دراستها اقتصرت حتى الآن على هياكل رقيقة وبسيطة تتكون من جزيئات مفردة.

وفي المقابل، تتكون العديد من البلورات ذات المقياس الذري من عنصرين أو أكثر وتشكل هياكل معقدة ثلاثية الأبعاد.

هناك تقنية جديدة ابتكرها فريق جامعة نيويورك تعد بالسماح بدراسة النظائر الغروية لهذه الشبكات المعقدة نسبيًا. تعتمد هذه التقنية على بعض الأعمال السابقة للفريق، والتي طوروا فيها عملية تسمى “التجميع الذاتي الكولومبي المخفف بالبوليمر”، أو PACS.

يستخدم نظام PACS الشحنات الكهربائية للجسيمات الغروية الفردية لسحبها إلى شبكات بلورية، مما يسمح ببناء موثوق للبلورات الغروية الثنائية – لتشكيل البلورات. بواسطة جزيئات مكونة من نوعين مختلفين من الجزيئات وبنفس الطريقة، تتشكل بلورات ملح الطعام من الصوديوم والكلور.

توضح الدراسة الجديدة فعالية زرع هذه الجزيئات الغروية الفردية بصبغة الفلورسنت لتمييز نوع عن آخر، والأهم من ذلك، الاستمرار في القيام بذلك بمجرد تكوين البلورات. وهذا يعني أنه لفترة طويلة، سيكون العلماء قادرين على “النظر داخل” بلورة مكتملة التكوين ومراقبة أعضائها الداخلية بشكل مباشر.

كباحثين تقرير“يمكننا تمييز جميع الجسيمات داخل بلورة أيونية ثنائية وإعادة بناء البنية الداخلية ثلاثية الأبعاد بالكامل على عمق 200 طبقة تقريبًا.”

أبلغ فريق جامعة نيويورك عن عدة نتائج جديدة من ملاحظاتهم السابقة.

هذه العملية، التي تسمى “التوأمة”، حيث يتم محاذاة شبكات بلورتين في مستوى مشترك لمشاركة الأجزاء المكونة، أثارت اهتمام العلماء منذ فترة طويلة.

يصف الباحثون تكوين البلورات الغروية التي تنتج هياكل مكعبة على المستوى الذري لمختلف المعادن: الشبكة المتناوبة المذكورة أعلاه للصوديوم والكلور تشكل ملح الطعام؛ كلوريد السيزيوم، حيث تشكل ثماني ذرات كلور “قفصًا” حول ذرة سيزيوم واحدة؛ ومثال أكثر غرابة إلى حد ما من اليوريكوبرايت، وهو خليط من النحاس والذهب، مع كل وجه من شبكة مكعبة من ذرات الذهب تتخللها ذرة نحاس واحدة، كل وجه متماسك مثل القالب.

وفي كل حالة، كان الفريق قادرًا على إجراء ملاحظات مباشرة لتطور البلورات التوأم، وبالتالي توفير ملاحظة تجريبية مباشرة لكيفية ظهور هذه الهياكل.

وقال الباحثون: “هذه الملاحظة المباشرة تكشف بشكل لا لبس فيه التفاصيل الدقيقة للبنية البلورية وتوضح العلاقة بين تفاعلات الجسيمات والشكل البلوري العياني، بما في ذلك أصل وتأثير العيوب والتوائم”. تقرير.

بعد مرور أكثر من 100 عام على اكتشاف الأشعة السينية الذي سمح للبشرية بأول تلميح لتعقيدات البنية البلورية، يتطلع الفريق إلى كشف أسرار البلورات.

نشرت في الأطروحة منتجات طبيعية.