【小球模擬晶體熔化】

明道

【小球模擬晶體熔化】

 

 

與L值高的兩個地區合併形成一個流動性較大的區域

在香港的物理學家使用的小球來模擬結晶固體開始融化時會發生什麼。看到出現在熔化過程中的晶體缺陷，而是該研究小組發現，從固體到液體是由小球移動合作無間小循環組過渡。

幾乎所有的固體物體 - 包括冰塊 - 由物理學家是很好理解的一個過程，從表面融化。

不過，雖然一些材料可被加熱物內部的光束聚焦在一個點，遠低於其表面，實際看到的原子或分子從固體到液體的過渡將是極為困難的。

因此，科學家們稍微了解內部發生熔融。

要解決這個問題儀隴漢和他的同事從香港科技大學科技模擬熔化過程使用晶體製成的微小的N-異丙基丙烯酰胺（NIPA）領域。

在這些領域都具有相同的半徑約700nm，這是在晶體中的一個典型的單元電池大於約1000倍。

最重要的是，雖然，這是足夠大，以用光學顯微鏡看到。

跟踪球

該球隊開始通過壓縮這些領域的集合來創建一個面心立方晶格（FCC） - 採用由銅，鋁及許多其他金屬的晶體結構。

一盞燈，然後集中到一個點約45微米的表面之下，這是很好的晶體的體積內。

研究人員然後看著球移動，用光學顯微鏡配備一個攝像頭，可以每秒15幀的速度拍攝照片。

在結晶材料，熔融成分的原子或分子的隨機熱運動的增加是由作為材料加熱。

然而，更大的領域，使他們像原子移動，將需要大量的能量將是不可能提供的。但NIPA什麼是有趣的是，它縮小，因為它是加熱，球體的體積下降超過30％，因為他們熱身從26°C至31°C。因此，該領域有足夠的空間走動時加熱。

其中超過54.5％的體積是被佔領的領域和水，其餘的在一個“固態”，該團隊開始與NIPA FCC晶體。

雖然這種“體積分數”是遠遠小於74％為硬球FCC晶格熟悉的漢寶德指出，這仍然是最穩定的配置，直到體積分數低於54.5％。

低於此值，材料變得紊亂和類似的液體。

偏離平衡

漢的球隊，然後加熱燈集中在某一地點的結晶，是約75微米和20微米深，輕輕地加熱約107分鐘的球。

球體在何種程度上偏離其平衡位置分析林德曼參數（L）計算。

該小組得出結論，熔化過程涉及兩個主要步驟。

該材料具有低的L值在固體FCC相開始。

升溫，大型域的粒子，然後冒出用高L號。最後，液體的一個小區域被創建，然後在整個晶體生長。

據球隊，這兩步的過程是在具有百年歷史的熔融和結晶稱為“奧斯特瓦爾德的步驟規則”，說中間的不穩定結構參與的原則。

當物理學家們仔細看看熔化如何發生，他們發現該過程似乎開始通過“循環重排”的領域。

這涉及到一個小的領域，在一個循環中，一個球體移動到它的鄰居騰出的空間和移動在其身後的另一個領域。

儘管FCC晶格的完整性保持這些循環，它們成為包圍的區域，然後使液體狀態過渡到高L。

令人驚訝的是長的時間

漢告訴 該團隊最初是驚訝地看到，大的L域持續了比較長的時間約30秒。

然後，我們意識到，粒子交換可以穩定大- L區和大- L區，反過來，促進粒子交換，他說。

一個有趣的現象沒有被理論預言 - 但是，看到該球隊 - 聚結的液體區域中的兩個或更多個成一個較大的區域。

這個大域迅速假定為球形，因為在液相和固相之間的邊界處的表面張力。

然而，有一點是由一些理論預測 - 但在實驗中沒有見過的 - 出現結晶缺陷，如向錯，熔煉過程中。

然而，漢族，指出缺陷介導的熔化理論是只是一個猜測沒有理論推導。

難以測量

加里·布萊恩特在澳大利亞皇家墨爾本理工大學（RMIT University）告訴physicsworld.com，新的工作是更好地了解晶體熔化邁出的重要一步，研究走一段很長的方式測量散裝物料均勻熔化，這通常是棘手，因為溫度變化通常是從容器壁轉移，導致非均勻的或不均勻的熔化。

雖然這項工作提供了重要的見解熔化過程中，無論是漢族和科比承認，很少有實際應用的理解內部熔化，因為它在實踐中很少發生。

一個可能的應用可能是在選擇性退火 - 那些試圖創建大，無缺陷的膠體晶體，科比說。

這種晶體可以找到使用的光子或其他納米技術的應用。

漢和他的同事們現在正計劃使用他們的技術看熔化的第二階段 - 當細胞核的液體迅速擴大。

他們也想學習包含一個單一的缺陷，如脫位或晶界，怎麼看它的存在會影響熔化的晶體區域局部加熱效果。

兩種晶體結構，以及固體的玻璃化轉變研究固 - 固之間的轉換也對研究人員的to-do列表。

這項研究是描述科學。

作者簡介

麥約翰斯頓是physicsworld.com主編

 

 

引用：http://physicsworld.com/cws/article/news/2012/oct/05/tiny-spheres-simulate-crystal-melting