Американские физики применили электронную томографию атомарной структуры к аморфным моноатомным образцам, благодаря чему построили их полную 3D-модель и изучили в них ближний порядок. Ученые выяснили, что в таких телах неправильные бипирамиды оказываются более предпочтительной формой упаковки соседних атомов, нежели икосаэдры, как считалось ранее.

Исследование опубликовано в Nature Materials.

Аморфные тела отличаются от кристаллов отсутствием дальнего порядка. Вместе с тем в пределах небольших объемов атомы или молекулы все же стремятся упорядочиться в правильные структуры. Так, еще в середине XX века Франк показал, что с уменьшением температуры моноатомных жидкостей икосаэдрический ближний порядок становится в них наиболее предпочтительным. Со временем, однако, стали появляться другие гипотезы о ближнем порядке.

Напрямую проверить, какая из гипотез верна, довольно сложно. Большинство современных методов, которые позволяют давать информацию о структуре вещества на атомарном масштабе, основаны на дифракции рентгеновских лучей, электронов и нейтронов и чувствительны к дальнему порядку. Вместе с тем атомы невозможно увидеть в обычный микроскоп из-за дифракционного предела, который ограничивает возможность сжать свет в область, меньше длины волны.

В идеале хорошее изображение атомов можно было бы получить светом с длиной волны, меньшей размера атома на два порядка, однако такое электромагнитное излучение относится к гамма-диапазону, который невозможно использовать для визуализации.

Однако, физики нашли альтернативу электромагнитным волнам в лице волн электронной плотности. Дебройлевская длина волны электрона зависит от его импульса, следовательно, надлежащим образом разогнав электроны, мы можем сфокусировать их в пятно, меньшее по размеру, чем атом. Этот принцип реализован в просвечивающем электронном микроскопе, разрешение которого с каждым годом увеличивается.

Группа американских физиков под руководством Цзяньвэй Мяо (Jianwei Miao) из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе использовали просвечивающий электронный микроскоп, чтобы реализовать электронную томографию атомарной структуры тонкой танталовой пленки и двух палладиевых наночастиц и разобраться в том, какой именно порядок демонстрируют моноатомные аморфные тела.