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解開晶體形成的古老謎團
發布時間：2025-12-08 03:40:22 來源：桑間濮上網 作者：探索
休斯頓大學弗蘭克·沃利化學和生物分子工程教授彼得·韋基洛夫發表文章稱，分子進入晶體分兩步進行，形成中間狀態分為兩步。老謎學分:uux.cn/休斯頓大學
（神秘的解開晶體地球uux.cn）據休斯頓大學（勞里·菲克曼）：一百萬年前，已知最古老的形成直立行走物種直立人對水晶有著人類般的迷戀。歷史學家甚至可以確定可能的老謎原因——當時水晶看起來不像周圍的任何東西——樹木、山谷、解開晶體山脈。形成水晶是老謎一種值得思考的材料，是解開晶體一種引人入勝的精神消遣。
直到今天，形成人類對晶體魔力的老謎關注仍然充斥著科學家的腦海，他們已經開發出了將晶體用于從瘧疾治療到太陽能電池和半導體、解開晶體催化劑和光學元件的形成各種用途的方法。多年來，老謎晶體已經成為現代文明科技的重要組成部分。
休斯頓大學研究人員彼得·韋基洛夫和化學與生物分子工程教授弗蘭克·沃利在PNAS發表了關于晶體如何形成以及分子如何成為晶體一部分的答案。
“幾十年來，晶體生長研究人員一直夢想著闡明引入的分子與晶體表面接受它們的獨特位置之間的化學反應，即扭結，”Vekilov說。“該反應的機理，即特征時間尺度和長度尺度、可能的中間體及其穩定性，60多年來一直難以捉摸和猜測。”
深入理解的主要障礙是缺乏分子如何加入的數據，這些數據與從溶液移動到生長位置的復雜過程有關。
為了揭示溶解在液體（溶質）中的分子和扭結之間的化學反應，韋基洛夫采用了兩種轉化策略，一種使用完全有機對，另一種使用四種具有不同結構和功能的溶劑。在研究這些分子時，他結合了最先進的實驗技術，包括近分子分辨率的時間分辨原位原子力顯微鏡、X射線衍射、吸收光譜和掃描電子顯微鏡。
就在那時，韋基洛夫有了一個革命性的發現:摻入扭結可能分兩步進行，中間狀態又分為兩步，而中間狀態的穩定性是晶體生長的關鍵。它基本上決定了晶體形成的快慢，因為它影響了物質在這個過程中加入的難易程度
盡管這些新發現不能追溯到智人時代，但它們確實為韋基洛夫解開了一個40年前的謎題。
“中間狀態的概念及其在晶體生長中的決定性作用反駁并取代了該領域的主導思想，該思想是由我的博士導師A.A. Chernov提出的，即生長的活化障礙是由溶液本體中的溶質-溶劑相互作用決定的，”他說。
由中間狀態介導的兩步結合的新范式可以幫助理解液體中的小部分如何影響自然界中發現的晶體的詳細形狀。
“同樣重要的是，這種范式將引導人們尋找穩定中間狀態的溶劑和添加劑，以減緩例如不需要的多晶型物的生長，”Vekilov說。
韋基洛夫的團隊包括杰里米·帕爾默、歐內斯特·J和芭芭拉·M·亨利化學和生物分子工程副教授；前研究生拉吉什里·查克拉巴蒂和拉克什曼吉·維爾馬；和德克薩斯大學超導中心的維克多·g·哈德吉耶夫。
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