محققان روش جدیدی برای ضبط فیلمهایی با رزولوشن بالا ابداع کرده اند که امکان مشاهده جزئیات جدیدی از تشکیل کریستال نمک را فراهم کرده و یکی از نظریههای قدیمی آنها را تأیید میکند.
شکل گیری کریستال در بسیاری از شرایط انجام میشود از بارش برف گرفته تا دانههای نمک. آنچه که باعث جذابیت فرایند تشکیل کریستال برای محققان شده مسیر رشد و تبدیل شدن از یک حالت بی نظم به یک حالت منظم و باقاعده است. هسته زایی یا جوانه زنی (Nucleation) وقتی رخ میدهد که از یک توده پر هرج و مرج، چیدمانی منظم با الگوهای تکرار شونده از مولکولها شکل میگیرد. گرچه گمانه زنیهای زیادی درباره این فرایند وجود داشت اما تا به امروز این مسائل فقط در حد حدس و گمان بودند و تأییدی عملی برای آنها وجود نداشت.
محققان برای ضبط فیلم بلادرنگ از تشکیل کریستالها از دو تکنیک جدید استفاده کرده اند یعنی: ویدیوهای بلادرنگ با رزولوشن اتمی و محصور کردن نانولوله کربن مخروطی.
مدتی هست که ویدیوهایی با وضوح اتمی ابداع شده اند اما کیفیت آنها در سطحی نبوده که امکان مشاهده مولکولها در سطح اتم فراهم شود تا محققان بتوانند فرضیات خودشان را درباره تشکیل کریستالها محک بزنند. مشاهده اتمها در این سطح کافی نیست چون رشد کریستالها یک فرایند پویا است و مشاهده تغییرات آنها با گذشت زمان به اندازه مشاهده خود ساختار آنها مهم است.
محققان دانشکده شیمی دانشگاه توکیو موفق به تولید ویدیوهایی بلادرنگ شده اند که امکان ثبت جزئیات تشکیل کریستال را با سرعت 25 تصویر در هر ثانیه فراهم میکند.
تاکایوکی ناکامورو استادیار این تحقیق میگوید “یکی از دانشجویان ارشد ما از این فناوری برای مطالعه رفتار کلرید سدیم – نمک – استفاده کرده است. ما برای نگه داشتن نمونهها در محل خودشان از نانو شاخهای کربنی با ضخامت اتم که یکی از ابتکارات قبلی خودمان بود استفاده کردیم. با توجه به تصاویر فوق العاده ای که این دانشجو ثبت کرده، بلافاصله متوجه فرصت فراهم شده برای مطالعه جنبههای آماری و ساختاری هسته زایی کریستال با جزئیات بی سابقه شدیم.”
ناکامورو و تیمش اولین افرادی هستند که توانسته اند ظهور کریستالهای ظریف تشکیل شده از مولکولهای NaCl را از ترکیب آشفته یونهای کلر و سدیم مشاهده و ثبت کنند. به این ترتیب آنها توانستند یک الگوی آماری در بازه زمانی شکل گیری این کریستالها پیدا کنند که از توزیع نرمال تبعیت میکند. مدتها بود که این نظریه مطرح شده بود اما این اولین باری است که نظریه دانشمندان تأیید میشود.
به گفته اییچی ناکامورو استاد این دانشگاه “نمک، ماده مورد استفاده اولین مدل ما برای بررسی اساس رویدادهای هسته زایی است. این ماده تنها به یک صورت تشکیل کریستال میدهد اما مولکولهای دیگر مثل کربن به چندین روش تشکیل کریستال میدهند که منجر به تولید الماس یا گرافیت میشود. به این ویژگی پلی مورفیسم یا چند وجهی بودن گفته میشود و هنوز هیچکس موفق به مشاهده اولین مراحل هسته زایی که منجر به تولید این ماده میشود، نشده است. امیدوارم که مطالعه ما اولین گام را برای درک مکانیزم پلی مورفیسم برداشته باشد.”
همانطور که در مجله DPReview نوشته شده، پلی مورفیسم یک فرایند مهم است که از آن برای تولید مواد دارویی و الکترونیکی مختلف استفاده میشود. کل این مطالعه با نام “ثبت لحظه ظهور هستههای کریستال از دل آشفتگی و بی نظمی” در سایت انجمن شیمی آمریکا منتشر شده است.
