Специалисты из Мичигана приблизились к пониманию процесса кристаллизации.
Сегодня кристаллы незаменимы во множестве устройств – от датчиков задымления до телевизионных экранов, от солнечных батарей до медицинской визуализации. Развитие науки требует всё более качественных и точно расположенных кристаллов, что представляет собой значительную проблему для ученых, поскольку сложно контролировать этот процесс.
Исследователи решили пролить свет на тайну природы кристаллизации. Чтобы ускорить процесс кристаллизации и не использовать маленькие кристаллы для затравки, исследователи провели лазерно-индуцированную кристаллизацию: направили лазерный луч на маленькие частички золота.
Под воздействием лазерного света длиной волны 660 нм в течение 1 мс золотые наночастицы локально нагревались, тем самым создавая пересыщенный раствор вокруг себя, что и приводило к началу кристаллизации. Этот динамичный процесс фиксировался с использованием высокоскоростной камеры, интегрированной в систему оптического микроскопа, способную регистрировать до 2000 кадров в секунду. Благодаря точной координации работы этой камеры и лазерного излучения стало возможно наблюдать момент возникновения первых структур и первые этапы увеличения размеров кристаллов, протекающие в крайне малые промежутки времени.
Анализ полученных данных показал важность оптимизации мощности лазера для успешной кристаллизации: при использовании мощности в 50 мВт этот процесс не наблюдается, тогда как увеличение мощности до 70 мВт приводит к избыточному нагреву частиц и образованию множества мелких, неупорядоченных кристаллов.
Следующий шаг у исследователей — с помощью нового метода создать более сложные кристаллические узоры с использованием лазеров, а также проверить эффективность их работы в реальных устройствах.