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新技术使科学家能够看到构成胶体晶体的每个粒子并创建动态三维模型。图片来源：美国纽约大学
科技日报记者 张佳欣
美国纽约大学研究人员开发了一项创新技术。该技术使人能够以前所未有的方式窥视晶体结构，仿佛赋予人眼X射线般的超能力。这项名为“晶莹剔透法”的新技术，将透明粒子、显微镜与激光技术相结合，使科学家能够看到构成晶体的每个单元，并据此创建出动态三维模型。相关论文3日发表于《自然·材料》杂志上。
为了深入研究晶体，许多科学家将目光投向胶体粒子组成的晶体。这些粒子非常小，直径通常在一微米左右。但相较于原子，它们又大很多，因此更容易在显微镜下观察。
此次，研究人员致力于开发一种方法，以可视化晶体内部的构建块。他们首先创建了透明的胶体颗粒，并添加了染料分子来做标记，从而在显微镜下可用荧光区分每个颗粒。
但仅靠显微镜还不够，研究人员转向了共聚焦显微镜成像技术。该技术利用激光束扫描材料，从染料分子中产生有特定的荧光。这不仅能够揭示晶体的每个二维平面，还能将这些平面堆叠起来，构建出三维数字模型，并精确确定每个粒子的位置。这些模型可以旋转、切片和拆解，从而揭示晶体内部任何潜在缺陷。
在静态晶体中，他们用该技术观察了晶体孪生现象。此外，这项技术还允许科学家在晶体变化时对其进行可视化。例如，当晶体熔化时会发生什么？粒子会重新排列吗？缺陷会移动吗？在一项实验中，研究人员熔化了一种具有矿物盐氯化铯结构的晶体。他们发现，缺陷是稳定的，并未如预期那样四处移动。
为了验证静态和动态晶体的实验，研究人员使用计算机模拟来创建具有相同特征的晶体，并证实这一方法可准确捕捉晶体内部情况。这一突破性技术有望为构建更优质的晶体和开发与光相互作用的光子材料铺平道路。
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宝石是晶体，冰块和食盐也是。研究晶体对材料学、物质科学都有重要意义。要了解晶体内部结构，就要借助先进的科学仪器，看到各个离子的相互位置关系和对称状态。但是，要想实时观察，还是人眼+显微镜的组合更为便捷。此次，科研人员采取了“染色法”，并用共聚焦显微镜成像技术让染料分子产生特定的荧光，这样一来，人们可以看到晶体的每个二维平面，还能及时捕捉晶体不同状态时内部的变化。这一技术，可为开发更有意思的光子材料开辟新路。