第一个四维原子结晶与教科书的成核理论相矛盾

科学家们第一次观察到铁和铂原子在4D中结晶——不仅观察到它们在空间中的排列，而且随着时间的推移跟踪它们。他们的观察结果与经典成核理论相冲突，经典成核理论描述了相变的早期阶段，增加了教科书理论过时和不精确的证据。

每一个相变——从形成云的水滴到与阿尔茨海默病有关的蛋白质聚合——都是从成核开始的。根据教科书式成核理论在美国，原子或分子聚集在一起形成完美的球形原子核，当它们达到一定的临界大小时就开始生长。新旧两相之间有一条明显的分界线。

但是健胃苗来自美国加州大学洛杉矶分校的他发现，当他第一次在全原子分辨率下观察铁铂合金的固-固相变时，发现有很大的不同。他的团队发现原子核既不是球形的，也没有尖锐的界面。相反，在追踪了60多个原子核后，研究小组得出结论，它们的形状和大小都不一样。每个核都有一个围绕稳定核的扩散界面。“我们发现(核心和主体之间的)平滑界面实际上可以降低相变的能量势垒，”Miao解释道。研究小组发现，原子核并没有稳定地生长，而是收缩并再次生长，甚至分裂。

苗说:“我们的实验清楚地表明，经典理论不足以描述原子尺度上的成核。”“我们(对数据分析)非常非常小心，因为这是一个很大的主张。在这个实验中，我让两个人独立进行数据分析。”

科学家的数据来自原子电子断层扫描(AET)图像。类似于低温电子显微镜时，将样本倾斜以重建3D图像。这使得研究小组在将样品加热到520℃(铁铂纳米颗粒从无序立方相转变为有序四方相的温度)9分钟、16分钟和26分钟后，对完全相同的原子进行了成像。

“我认为这非常令人兴奋，”他说梅丽莎Santala他在美国俄勒冈州立大学研究相变动力学。“显微镜技术确实推动了我们获得有关材料的详细信息。”

桑塔拉说，经典成核理论在原子尺度上失败并不令人惊讶。它并不是为这个设计的。尽管如此，它还是在本科课本中盛行，并形成了许多研究人员的思维框架汉娜Vehkamaki他是芬兰赫尔辛基大学的气溶胶物理学家。不幸的是，在很多应用中，我们没有更好的选择。”

桑塔拉说，像所研究的这种固体-固体过渡对开发新材料的研究人员来说尤其重要。“为了更好地控制它们的结构和性质，你必须理解成核作用。”

虽然AET不适用于研究其他相变——比如液体到固体的相变——苗说，所有的证据都表明这些结论是普遍的。Vehkamäki说:“如果他们能将他们的技术应用于冰成核，那将是一个巨大的突破，因为我们对这个过程缺乏微观上的了解。”“我们谈论的可能是一种会对天气和气候预测产生重大影响的东西。”