東京大學和日本產業技術綜合研究所的一個研究小組首次成功地連續拍攝和分析了無序分子組裝體形成晶核的過程。
傳統上，雖然晶體的靜態結構，例如晶體中的原子排列，已經被闡明，但很難在原子水平上詳細觀察“結晶”的動態過程。特別是，成核作為最早的結晶過程，由於其隨機行為和微小的時空尺度，很難通過常規實驗方法進行分析。
在這個小組中，我們一直致力於研究通過開發一種稱為“原子分辨率單分子實時電子顯微鏡（SMART-EM）成像方法”的技術，通過視頻記錄來記錄單個小分子和分子聚集體的運動。場地。在這項研究中，通過使用碳納米管（CNT）作為納米瓶並在空間上控制結晶，實現了原子水平上結晶現象的直接觀察。
在實驗中，當氯化鈉（NaCl）水溶液被封裝在錐形碳納米管中並通過乾燥除去水時，錐形形狀誘導了氯化鈉分子在碳納米管尖端的自組裝和成核。由於尺寸限制空間抑制了分子擴散，因此可以重複形成約1 nm 的尺寸，且具有良好的重現性。這一結果表明，通過設計適當的空間，可以在原子水平上控製成核過程。
此外，這項研究還首次揭示了分子聚集體在形成晶核之前是類似晶體的有序和無序結構交替的結構，其性質至今尚未闡明，還發現它具有性。
這項成果通過從微觀角度回顧結晶過程而產生了新知識，預計將帶來創新技術，例如基於分子水平觀察設計和開發具有所需形狀和性能的新材料。
