东京大学和日本产业技术综合研究所的一个研究小组首次成功地连续拍摄和分析了无序分子聚集体形成晶核的过程。
传统上，虽然晶体的静态结构，例如晶体内的原子排列，已经被阐明，但很难在原子水平上详细观察“结晶”的动态过程。特别是成核，这是最早的结晶过程，由于其随机行为和较小的时间和空间尺度，使用常规实验方法极其难以分析。
我们的小组正在开发一种名为“原子分辨率单分子实时电子显微镜（SMART-EM）成像”的技术，该技术使我们能够记录单个小分子和分子聚集体运动的视频。结合这项技术，研究人员通过使用碳纳米管（CNT）作为纳米烧瓶在空间上控制结晶，成功地在原子水平上直接观察结晶现象。
在实验中，当氯化钠（NaCl）水溶液被封装在锥形碳纳米管中，然后通过干燥除去水时，锥形形状诱导了氯化钠分子在碳纳米管尖端的自组装和成核，此外，碳纳米管内部的纳米颗粒被诱发，由于尺寸限制的空间抑制了分子扩散，约1纳米的氯化钠晶核重复形成，具有良好的重现性。这一结果表明，通过设计适当的空间，可以在原子水平上控制成核过程。
此外，这项研究首次揭示了晶核形成之前的分子组装在类似于晶体的有序结构和无序结构之间来回移动，这一现象的性质至今尚不清楚。还透露他们发生了性关系。
这一结果通过从微观角度回顾结晶过程而发现了新知识，将导致基于分子水平观察设计和开发具有所需形状和性能的新材料等创新技术，令人期待。
