搅拌食盐（NaCl）的高浓度溶液后，会瞬间出现许多细小结晶。相反，如果没有外部刺激，则会缓慢生长出大的结晶。虽然这是小学理科实验中常见的一幕，但这种在结晶表面生成微小的NaCl团簇，并在表面平滑扩散的现象，却难以用以往的结晶生长理论来解释。东京大学大学院理学系研究科化学专业的中村荣一特别教授的研究团队，使用高速、高分辨率（原子分辨率）的透射电子显微镜（SMART-EM）以3ms拍摄一帧的速度，成功地将食盐受机械性刺激后加速生成结晶的现象影像化，通过原子水平的连续拍摄，首次证明了在没有外部刺激下晶体几乎不生长的现象。
图 通过容器振动促进结晶生长的原理示意图。由于毛细管现象，分子被汇集到表面能量降低的结晶与容器壁面的间隙部分（图中阴影部），之后汇集在一起的分子集合体伴随着容器的振动进一步变化为结晶层。（Copyright: @2022 American Chemical Society）
研究团队在2020年就通过电子显微镜，逐一捕捉到了原始结晶最初诞生的场面。此次，研究团队又通过高速摄影，记录到了原始结晶在缓慢振动的结晶“摇篮”中成长的过程。由此，研究人员发现在分子（离子对）被融入到晶体之前具有在以往的晶体生长理论中被忽略的非周期性构造，并形成了快速转动的“浮岛”状中间体。
研究人员进一步还发现，在结晶生成容器的内壁与结晶表面之间形成的纳米尺寸的空间内由于毛细管现象将浮岛吸入其中，随着结晶在容器中振动，纳米尺寸空间所具有的表面能量发生变化，浮岛的稳定化和不稳定化反复出现，晶体随之生长。
中村教授介绍说：“本次研究成果定量明确了浮动中间体会在外部机械性刺激下而摇动，从而加快晶体生长速度的现象。这与日常生活及理科实验中，搅拌溶液等机械刺激会促进结晶的现象相一致。过去，机械性刺激在科学现象中的原理被忽略，今后通过灵活应用这一现象，不仅是结晶，还可应用于对于其他化学现象的精密控制”。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：ACS Central Science
论文：Cinematographic Recording of a Metastable Floating Island in Twoand Three-Dimensional Crystal Growth
DOI：10.1021/acscentsci.2c01093
