Головоломка форми кристала нарешті вирішена

Форма кристала визначається його властивою хімією, характеристикою, яка в кінцевому підсумку визначає його остаточну форму з найпростіших деталей. Але іноді відсутність симетрії в кристалі робить поверхневу енергію його граней непізнаною, що збиває з пантелику будь-яке теоретичне передбачення його форми.

Теоретики з Університету Райса кажуть, що вони знайшли спосіб обійти цю головоломку, призначивши довільні приховані енергії його поверхням або, у випадку двовимірних матеріалів, його краям. Так, це здається шахрайством, але, так само як фокусник знаходить вибрану карту в колоді, звужуючи можливості, невелика алгебраїчна спритність допоможе розв’язувати проблему передбачення форми кристала.

Метод, описаний у Nature Computational Science, показує, що використання того, що вони називають допоміжними крайовими енергіями, може повернути прогнози у відповідність до конструкції Вульфа, геометричного рецепта, який використовується більше століття для визначення того, як кристали досягають своєї остаточної рівноважної форми.

Стаття відкритого доступу, написана фізиком-матеріалом Борисом Якобсоном, провідним автором і випускником Luqing Wang та їхніми колегами з Інженерної школи Джорджа Р. Брауна Райса, представляє алгоритми, які використовують довільні числа для правих множників у рівняннях і все ще забезпечують правильний унікальна форма-рішення.

«Питання форми є переконливим, але дослідники роками намагалися і не вдавалися, щоб обчислити поверхневу енергію для асиметричних кристалів», — сказав Якобсон. «Виявилося, що ми падали в кролячу нору, але ми знали, що якщо природа може знайти рішення за допомогою ґазільйонів атомних рухів, то для нас також має бути спосіб це визначити».

Він сказав, що зростання інтересу до 2D-матеріалів останнім часом спонукало до нового дослідження. «У нас був момент «еврики»: після перемикання нашого геометричного мислення на алгебраїчне ми додали рівняння замикання, які містять довільні параметри», — сказав Якобсон. «Вони здаються марними, але ми пропустили все через комп’ютер і помітили, як виходить чітка форма», — сказав він.

«Важко було переконати наших рецензентів, що граничну енергію справді неможливо визначити, але рішення все одно можна знайти», — сказав Ван. Джерело