Tout moun konnen ke dlo rive nan twa eta agrégation. Nou mete chodyè a sou, ak dlo a kòmanse bouyi ak evapore, vire soti nan likid nan gaz. Nou mete l nan frizè a, epi li kòmanse vire nan glas, kidonk deplase soti nan yon likid nan yon eta solid. Sepandan, nan sèten sikonstans, vapè dlo ki prezan nan lè a ka imedyatman pase nan faz solid la, kontourne faz likid la. Nou konnen pwosesis sa a pa rezilta li yo - bèl modèl sou fenèt yo nan yon jou ivè glacial. Amater machin, lè yo grate yon kouch glas soti nan vit machin nan, souvan karakterize pwosesis sa a lè l sèvi avèk epitèt pa trè syantifik, men trè emosyonèl ak rete vivan. Yon fason oswa yon lòt, detay yo nan fòmasyon glas ki genyen de dimansyon yo te kache nan sekrè pou anpil ane. Ak dènyèman, pou premye fwa, yon ekip entènasyonal nan syantis yo te kapab vizyalize estrikti nan atomik nan glas ki genyen de dimansyon pandan fòmasyon li yo. Ki sekrè ki kache nan pwosesis fizik ki sanble senp sa a, ki jan syantis yo te jere dekouvri yo, e ki jan rezilta yo itil? Rapò gwoup rechèch la pral di nou sou sa. Ale.
Rechèch baz
Si nou egzajere, Lè sa a, nòmalman tout objè ki bò kote nou yo gen twa dimansyon. Sepandan, si nou konsidere kèk nan yo pi metikuleu, nou ka jwenn tou de dimansyon. Yon kwout glas ki fòme sou sifas yon bagay se yon premye egzanp sa a. Egzistans estrikti sa yo se pa yon sekrè nan kominote syantifik la, paske yo te analize anpil fwa. Men, pwoblèm nan se ke vizyalize estrikti metastab oswa entèmedyè ki enplike nan fòmasyon nan glas 2D se byen difisil. Sa a se akòz pwoblèm ordinèr - frajilite a ak frajilite nan estrikti yo ap etidye.
Erezman, metòd optik modèn pèmèt echantiyon yo analize ak enpak minimòm, ki pèmèt pou done maksimòm yo dwe jwenn nan yon peryòd tan kout, akòz rezon ki anwo yo. Nan etid sa a, syantis yo te itilize mikwoskòp fòs atomik ki pa kontak, ak pwent zegwi a mikwoskòp kouvwi ak monoksid kabòn (CO). Konbinezon zouti optik sa yo fè li posib pou jwenn imaj an tan reyèl nan estrikti kwen yo nan glas egzagonal bikouch ki genyen de dimansyon ki grandi sou yon sifas lò (Au).
Mikwoskopi te montre ke pandan fòmasyon glas ki genyen de dimansyon, de kalite bor (segman ki konekte de somè nan yon poligòn) ansanm ansanm nan estrikti li yo: zigzag (zigzag) ak chèz ki gen fòm (fotèy).
Fotèy (gòch) ak zigzag (adwat) bor lè l sèvi avèk grafèn kòm yon egzanp.
Nan etap sa a, echantiyon yo te byen vit jele, sa ki pèmèt estrikti atomik la dwe egzamine an detay. Te modèl tou te pote soti, rezilta yo ki lajman kowenside ak rezilta yo obsèvasyon.
Li te jwenn ke nan ka fòmasyon an nan zo kòt zigzag, yo ajoute yon molekil dlo adisyonèl nan kwen an ki deja egziste, epi tout pwosesis la reglemante pa mekanis nan pon. Men, nan ka fòmasyon an nan zo kòt fotèy, pa gen okenn molekil adisyonèl yo te detekte, ki fòtman diferansye ak lide tradisyonèl sou kwasans lan nan glas egzagonal de kouch ak sibstans ki sou egzagonal ki genyen de dimansyon an jeneral.
Poukisa syantis yo te chwazi yon mikwoskòp fòs atomik ki pa kontak pou obsèvasyon yo olye ke yon mikwoskòp scanning tunneling (STM) oswa mikwoskòp elèktron transmisyon (TEM)? Kòm nou deja konnen, chwa a gen rapò ak difikilte pou etidye estrikti ki dire kout ak frajil nan glas ki genyen de dimansyon. STM te deja itilize pou etidye glas 2D ki grandi sou plizyè sifas, men kalite mikwoskòp sa a pa sansib a pozisyon nwayo, epi pwent li ka lakòz erè D. TEM, okontrè, parfe montre estrikti atomik zo kòt yo. Sepandan, jwenn bon jan kalite imaj mande pou elektwon wo-enèji, ki ka fasilman chanje oswa menm detwi estrikti kwen nan materyèl XNUMXD kovalan lyezon, nou pa mansyone bor yo ki pi lach nan glas XNUMXD.
Yon mikwoskòp fòs atomik pa gen dezavantaj sa yo, ak yon pwent CO-kouvwi pèmèt etid la nan dlo entèfas ak enfliyans minim sou molekil dlo.
Rezilta rechèch
Imaj #1
Glas ki genyen de dimansyon te grandi sou sifas Au(111) nan yon tanperati apeprè 120 K, ak epesè li te 2.5 Å (1a).
STM imaj glas (1c) ak imaj transfòmasyon Fourier rapid ki koresponn lan (insert nan 1a) montre yon estrikti egzagonal ki byen òdone ak yon peryodikite Au(111)-√3 x √3-30°. Malgre ke rezo selilè H-konekte glas 2D vizib nan imaj STM a, topoloji detaye estrikti kwen yo difisil pou detèmine. An menm tan an, AFM ak yon chanjman frekans (Δf) nan menm zòn echantiyon an te bay pi bon imaj (1d), ki te fè li posib pou wè seksyon ki gen fòm chèz ak zigzag nan estrikti a. Longè total tou de varyan yo konparab, men longè mwayèn kòt predesesè a se yon ti kras pi long (1b). Zot zigzag ka grandi jiska 60 Å nan longè, men sa ki gen fòm chèz vin kouvri ak domaj pandan fòmasyon, ki diminye longè maksimòm yo a 10-30 Å.
Apre sa, yo te fè D AFM sistematik nan diferan wotè zegwi (2a).
Imaj #2
Nan wotè pwent ki pi wo a, lè siyal AFM la domine pa fòs elektwostatik lòd ki pi wo a, yo te idantifye de seri √3 x √3 sublaces nan glas bikouch ki genyen de dimansyon, youn nan yo montre nan 2a (agoch).
Nan wotè zegwi ki pi ba yo, eleman klere yo nan subbarray sa a kòmanse montre direksyon, ak lòt subbarray la tounen yon eleman ki gen fòm V (2a, santre).
Nan wotè minimòm zegwi, AFM revele yon estrikti siwo myèl ak liy klè ki konekte de sublase, ki raple H-bond (2a, sou bò dwat).
Kalkil teyori fonksyonèl dansite yo montre ke glas ki genyen de dimansyon ki grandi sou sifas Au(111) koresponn ak yon estrikti glas ki konekte de kouch (2s), ki gen de kouch plat egzagonal dlo. Egzagòn yo nan de fèy yo konjige, ak ang ki genyen ant molekil dlo yo nan avyon an se 120 °.
Nan chak kouch dlo, mwatye molekil dlo yo kouche orizontal (paralèl ak substra a) ak lòt mwatye a kouche vètikal (pèpendikilè ak substra a), ak yon sèl O-H lonje dwèt sou oswa desann. Dlo ki kouche vètikal nan yon kouch bay yon H-kosyon nan dlo orizontal nan yon lòt kouch, sa ki lakòz yon estrikti ki gen fòm H konplètman satire.
Simulation AFM lè l sèvi avèk yon pwent quadrupol (dz 2) (2b) ki baze sou modèl ki anwo a an bon akò ak rezilta eksperimantal (2a). Malerezman, wotè ki sanble nan dlo orizontal ak vètikal fè idantifikasyon yo difisil pandan D 'STM. Sepandan, lè w ap itilize mikwoskospi fòs atomik, molekil tou de kalite dlo yo byen distenge (2a и 2b dwa) paske fòs elektwostatik lòd ki pi wo a trè sansib a oryantasyon molekil dlo.
Li te posib tou pou detèmine plis direksyon OH nan dlo orizontal ak vètikal atravè entèraksyon ki genyen ant fòs elektwostatik pi wo ak fòs repouse Pauli, jan yo montre nan liy wouj yo. 2a и 2b (sant).
Imaj #3
Nan imaj yo 3a и 3b (Etap 1) montre imaj AFM elaji nan zigzag ak najwar fotèy, respektivman. Li te jwenn ke kwen an zigzag ap grandi pandan y ap kenbe estrikti orijinal li yo, ak kwasans lan nan kwen an chèz ki gen fòm, kwen an retabli nan estrikti a peryodik nan 5756 bag, i.e. lè estrikti zo kòt yo detanzantan repete sekans pentagòn - èptagòn - pentagòn - egzagòn.
Kalkil teyori fonksyonèl dansite yo montre ke fin zigzag ki pa rekonstwi ak fin chèz 5756 yo se pi estab. Kwen 5756 la fòme kòm yon rezilta nan efè konbine ki minimize kantite lyezon idwojèn enstore epi redwi enèji souch.
Syantis yo sonje ke avyon yo fondamantal nan glas egzagonal anjeneral fini nan zo kòt zigzag, ak chèz ki gen fòm kòt yo absan akòz dansite ki pi wo nan lyezon idwojèn enstore. Sepandan, nan ti sistèm oswa kote espas limite, najwar chèz ka diminye enèji yo atravè redesign apwopriye.
Kòm mansyone pi bonè, lè kwasans glas nan 120 K te sispann, echantiyon an te imedyatman refwadi a 5 K pou eseye friz estrikti metastab oswa tranzisyon kwen epi asire yon lavi echantiyon relativman long pou etid detaye lè l sèvi avèk STM ak AFM. Li te posib tou pou rekonstwi pwosesis kwasans lan nan glas ki genyen de dimansyon (imaj nimewo 3) gras a pwent mikwoskòp CO-fonctionalized, ki te fè li posib yo detekte estrikti metastab ak tranzisyon.
Nan ka zo kòt zigzag, pentagòn endividyèl yo te pafwa jwenn tache ak zo kòt dwat yo. Yo ta ka aliye nan yon ranje, fòme yon etalaj ki gen yon peryodikite 2 x aice (aice se konstan lasi glas ki genyen de dimansyon). Obsèvasyon sa a ka endike kwasans lan nan kwen zigzag inisye pa fòmasyon nan yon etalaj peryodik pentagòn (3a, etap 1-3), ki enplike ajoute de pè dlo pou pentagòn lan (flèch wouj).
Apre sa, etalaj pentagòn yo konekte pou fòme yon estrikti tankou 56665 (3a, etap 4), ak Lè sa a, retabli aparans zigzag orijinal la lè w ajoute plis vapè dlo.
Avèk kwen ki gen fòm chèz, sitiyasyon an se opoze a - pa gen okenn etalaj nan pentagòn, men olye twou vid ki genyen kout tankou 5656 sou kwen an yo byen souvan obsève. Longè 5656 fin la siyifikativman pi kout pase sa 5756. Sa a se petèt paske fin 5656 la trè ensiste ak mwens ki estab pase 5756 la. Kòmanse ak fin chèz 5756 la, 575 bag yo konvèti lokalman nan 656 bag lè yo ajoute de. vapè dlo (3b, etap 2). Apre sa, 656 bag yo grandi nan direksyon transverse, fòme yon kwen nan kalite 5656 (3b, etap 3), men ak yon longè limite akòz akimilasyon enèji deformation.
Si yo ajoute yon pè dlo nan egzagòn yon fin 5656, deformation an ka pasyèlman febli, e sa ap mennen ankò nan fòmasyon yon fin 5756 (3b, etap 4).
Rezilta ki anwo yo trè indicatif, men li te deside sipòte yo ak done adisyonèl jwenn nan kalkil dinamik molekilè nan vapè dlo sou sifas Au (111).
Li te jwenn ke XNUMXD doub-kouch zile glas fòme avèk siksè epi san antrav sou sifas la, ki se ki konsistan avèk obsèvasyon eksperimantal nou an.
Imaj #4
Sou imaj la 4a Mekanis nan fòmasyon kolektif nan pon sou zo kòt zigzag yo montre etap pa etap.
Anba a se materyèl medya sou etid sa a ak yon deskripsyon.
Materyèl medya No 1
Li vo anyen ke yon sèl pentagòn tache ak yon kwen zigzag pa ka aji kòm yon sant nikleyasyon lokal ankouraje kwasans.
Materyèl medya No 2
Olye de sa, yon rezo pentagòn peryodik men ki pa konekte okòmansman fòme sou kwen zigzag la, ak molekil dlo ki vin apre yo eseye konekte pentagòn sa yo, sa ki lakòz fòmasyon yon estrikti chèn kalite 565. Malerezman, yon estrikti konsa pa te obsève pandan obsèvasyon pratik, ki eksplike lavi li trè kout.
Materyèl medya nimewo 3 ak nimewo 4
Anplis de sa nan yon sèl pè dlo konekte estrikti nan kalite 565 ak pentagòn adjasan, sa ki lakòz fòmasyon nan estrikti nan kalite 5666.
Estrikti kalite 5666 la grandi lateralman pou fòme estrikti kalite 56665 epi evantyèlman devlope nan yon lasi egzagonal konplètman konekte.
Materyèl medya nimewo 5 ak nimewo 6
Sou imaj la 4b kwasans yo montre nan ka a nan yon kòt fotèy. Konvèsyon ki soti nan bag tip 575 nan bag tip 656 kòmanse nan kouch anba a, fòme yon estrikti konpoze 575/656 ki pa ka distenge ak yon najwa tip 5756 nan eksperyans yo, depi sèlman kouch nan tèt glas de-kouch la ka imaj. pandan eksperyans yo.
Materyèl medya No 7
Pon ki kapab lakòz 656 la vin sant nikleyasyon pou kwasans kòt 5656 la.
Materyèl medya No 8
Ajoute yon molekil dlo nan yon kwen 5656 rezilta nan yon estrikti molekil ki pa pè anpil mobil.
Materyèl medya No 9
De nan molekil dlo ki pa pè sa yo ka konbine imedyatman nan yon estrikti heptagonal ki pi estab, ki konplete konvèsyon an soti nan 5656 a 5756.
Pou yon konesans pi detaye ak nuans etid la, mwen rekòmande gade .
Épilogue
Konklizyon prensipal etid sa a se ke konpòtman an obsève nan estrikti pandan kwasans yo ka komen nan tout kalite glas ki genyen de dimansyon. Bikouch fòm egzagonal glas sou divès sifas idrofob ak anba kondisyon izole idrofob, ak Se poutèt sa yo ka konsidere kòm yon kristal separe 2D (2D glas I), fòmasyon nan ki se ensansib estrikti ki kache nan substra a.
Syantis yo onètman di ke teknik D yo poko apwopriye pou travay ak glas ki genyen twa dimansyon, men rezilta yo nan etidye glas ki genyen de dimansyon ka sèvi kòm baz pou eksplike pwosesis fòmasyon nan relatif volumetrik li yo. Nan lòt mo, konprann ki jan estrikti ki genyen de dimansyon fòme se yon fondasyon enpòtan pou etidye twa dimansyon yo. Se pou rezon sa a chèchè yo planifye amelyore metodoloji yo nan lavni.
Mèsi pou lekti, rete kirye epi pase yon bon semèn mesye. 🙂
Kèk piblisite 🙂
Mèsi paske w rete avèk nou. Ou renmen atik nou yo? Vle wè plis kontni enteresan? Sipòte nou pa mete yon lòd oswa rekòmande pou zanmi, , yon analogue inik nan sèvè nivo antre, ki te envante pa nou pou ou: (disponib ak RAID1 ak RAID10, jiska 24 nwayo ak jiska 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 fwa pi bon mache nan sant done Equinix Tier IV nan Amstèdam? Sèlman isit la nan Netherlands! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - soti nan $ 99! Li sou
Sous: www.habr.com