С помощью тепла, выделяющегося при работе просвечивающего электронного микроскопа, исследователи из Калифорнии индуцировали структурные трансформации в наностержне из сульфида меди, после чего с помощью того же микроскопа наблюдали за протекающими в наностержне процессами.

Точно также как увеличение температуры может вызывать фазовые изменения (например – таяние льда), тепловая энергия способна вызывать превращение одной кристаллической структуры в другую. Подобные изменения структуры привлекают внимание специалистов по новым материалам, разрабатывающих новые способы хранения информации, материалы с такими индуцируемыми переходами могут стать основой для альтернативы жестким дискам современных компьютеров. Однако для разработки и практического применения альтернативных методов записи и хранения информации необходимо выяснить механизмы, лежащие в основе подобных структурных трансформаций и обнаружить методы их контроля.

Рис. 1.Температура может инициировать
фазовые переходы в твердом веществе.
(Рисунок из Science, 2011,
DOI: 10.1126/science.1204713).

В группе Пола Аливисатоса (Paul Alivisatos) из Национальной Лаборатории Беркли получили наностержни из сульфида меди, материала, способного переключаться между низко- (L) и высокохалькоцитовыми (H) фазами при температуре, лишь незначительно превышающей комнатную. Это, в свою очередь, означает, что пучок электронов, исходящий с электрода просвечивающего электронного микроскопа может нагреть материал достаточно для инициирования в нем структурной трансформации с одновременным ее изучением.

Теория фазовых переходов утверждает, что система будет флуктуировать между равновесными структурами, и Аливисатос наблюдал на практике эти флуктуации наностержня между двумя структурами до установления окончательной высокохалькоцитовой фазы.

Было обнаружено, что увеличение интенсивности пучка электронов просвечивающего электронного микроскопа позволяет увеличить скорость перехода между двумя фазами.

Более того, в группе Аливисатоса было обнаружено, что прямая и обратная трансформации происходят в соответствии с различными механизмами. При переходе из фазы L в фазу H высокохалькоцитовая фаза начинает образовываться на внешних областях наностержня, после чего образование этой фазы начинается во внутренних областях – процесс в этом случае аналогичен процессам плавление. Однако при переходе из Н-формы в L-форму нуклеация новой фазы начинается в центре, и новая фаза распространяется от центра к краям. Также было установлено, что дефекты кристалла не влияют на механизм фазовых переходов.