Forscher an der University of California Los Angeles konnten mit einem neuen 3D-Elektronenmikroskop und speziellen Algorithmen erstmals die Bewegung von Atomen durch Zeit und Raum verfolgen. Dadurch konnten sie erkennen, dass diese sich bei der Veränderung des Aggregatzustandes, wie beispielsweise durch Schmelzen oder Kondensieren, anders verhalten als bisher gedacht.
Das Forschungsteam untersuchte mit dem 3D-Elektronenmikroskop, das von Kollegen an der University of California Berkeley entwickelt wurde, eine Legierung aus Eisen und Platin, die zuvor in winzige Nanopartikel geschnitten wurde. Die Forscher erhitzten die Partikel auf 520 Grad Celsius, wodurch sie von einem festen Aggregatzustand in einen anderen wanderten. Nach der Erhitzung machten sie in unterschiedlichen Zeitabständen mehrere 3D-Bilder der Partikel.
Mit speziellen Algorithmen verfolgte das Team schliesslich 33 Nuklei, die nur jeweils 13 Atome breit waren, innerhalb eines einzelnen Mikropartikels. Dadurch wurden einzelne Atome nicht nur im dreidimensionalen Raum betrachtet, sondern auch über die vierte Dimension, die Zeit. "Die Leute glauben, es sei schwer, eine Nadel im Heuhaufen zu finden. Wie schwer wäre es dann, dasselbe Atom unter mehr als einer Billion Atome zu drei verschiedenen Zeitpunkten zu finden?", gibt Studienleiter Jianwei Miao zu bedenken.
Das Experiment des Forschungsteams hat ergeben, dass die Nuklei durch die Erhitzung irreguläre Formen annahmen, was bisherigen Theorien widerspricht, laut denen sie komplett runde Formen annehmen sollten. Sie formten auch, entgegen früherer Annahmen keine geraden Ränder, sondern waren an der Oberfläche ungeordnet. Laut Peter Ercius, Koautor der Studie, ist es extrem wichtig, diese Vorgänge beobachten zu können. "Sobald man etwas bildlich zeigen kann, kann man darüber nachdenken, wie es am besten kontrolliert wird", so der Forscher. Das bessere Verständnis von Änderungen des Aggregatzustandes könne zur Herstellung von stärkeren Materialien führen.
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