Рентген раскрыл тайны роста кристаллов в жидком металле

Уникальное внутреннее строение кристаллов платины, растущих в жидком металле, было впервые детально изучено благодаря мощной рентгеновской технологии. Новое исследование, проведенное под руководством профессора Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) Куроша Калантар-Заде, имеет важные последствия для развития передовых материалов и квантовых вычислений.

Исследовательская группа, специализирующаяся на использовании жидких металлов для создания новых материалов и экологичных катализаторов, выбрала в качестве среды галлий. Этот металл обладает интересными свойствами: при комнатной температуре он представляет собой твердый блок, но при нагревании всего до 29,8 градусов Цельсия превращается в лужицу жидкого металла. В ходе экспериментов ученые растворяли частицы платины в расплавах чистого галлия или сплава галлия с индием, после чего наблюдали за ростом кристаллов платины по мере остывания смеси.

Процесс кристаллизации внутри плотного и непрозрачного галлия долгое время оставался недоступным для прямого наблюдения, поскольку большинство микроскопов не может проникнуть сквозь его толщу. Прорыв стал возможен благодаря применению рентгеновской компьютерной томографии — метода, широко используемого в медицинской диагностике. Эта технология позволила получить трехмерные изображения внутренней структуры кристаллов. Ученые в реальном времени наблюдали, как в течение минут и часов в жидком металле формируются стержневидные и похожие на снежинки структуры платины.

Как отметил профессор Калантар-Заде, возможность увидеть, как жидкие металлы можно использовать для создания умных материалов и перспективных источников энергии, требует глубокого понимания их внутренних свойств. Рентгеновская томография теперь позволяет по-настоящему увидеть происходящие процессы и более точно управлять ростом кристаллов. Соавтор исследования, аспирантка Муника Видджаяна, добавила, что ученые с восхищением наблюдали, как частицы металла с различной кристаллической ориентацией растут внутри жидкого металла при изменении температуры и условий окружающей среды.

Хотя текущие технологии визуализации обеспечивают пока лишь изображения с низким разрешением, ожидается, что появление более совершенных томографических систем в будущем значительно углубит понимание механизмов формирования этих кристаллов.