मिनी-ड्रॉप्स बड़े लोगों की तुलना में अलग तरह से जमते हैं

दुनिया में सबसे छोटी पिपेट में तरल धातुओं के क्रिस्टलीकरण के बारे में अद्भुत जानकारी है

गोल्ड जर्मेनियम की बूंदों के साथ ज़िप्टोलिटर पिपेट। वास्तविक ड्रॉप पहले पिपेट के कार्बन शेल में एक छोटे से छेद के माध्यम से निकलता है। © ब्रुकवेन राष्ट्रीय प्रयोगशाला
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संभवतः दुनिया में सबसे छोटा पिपेट, अमेरिकी शोधकर्ताओं ने जमे हुए होने पर छोटे धातु के बूंदों के व्यवहार में महत्वपूर्ण नई अंतर्दृष्टि प्राप्त की है। जैसा कि वे अब नेचर मैटेरियल्स में रिपोर्ट करते हैं, यह पता चला है कि एक लीटर की छोटी बूंदों के एक अरबवें हिस्से की छोटी बूंदें अपने बड़े समकक्षों की तुलना में इस तरह के चरण संक्रमण में बहुत अलग तरीके से व्यवहार करती हैं।

पिघलने और क्रिस्टलीकरण को तथाकथित चरण संक्रमण कहा जाता है - मौलिक प्रक्रियाएं जिसमें पदार्थ अराजक तरल अवस्था और आदेशित ठोस अवस्था जैसे बर्फ के बीच बदलते हैं। जब एक तरल को ठंडा किया जाता है, तो उसके अणुओं की गति तब तक धीमी हो जाती है जब तक कि यह लगभग बंद न हो जाए। बड़ी बूंदों के लिए, यह क्रिस्टलीकरण आम तौर पर एक बीज पर शुरू होता है, एक छोटा सा संदूषक जैसे कि धूल या इस तरह का एक स्पेक और फिर पूरी बूंद पर तेजी से फैलता है। हालांकि, बहुत शुद्ध पदार्थ इस रोगाणु की कमी है और वे केवल कठिनाई के साथ क्रिस्टलीकरण करते हैं।

एक लीटर के खरबों में से एक अरबवां ...

"क्रिस्टलीकरण का वर्तमान सिद्धांत, पिछली शताब्दी के पहले छमाही में विकसित हुआ, भविष्यवाणी करता है कि दोष के बिना चरण संक्रमण संक्रमण बूंद के अंदर एक यादृच्छिक रूप से गठित ठोस कोर से शुरू होता है, " यूएसए के ब्रुकहवेन नेशनल लेबोरेटरी के एली सटर बताते हैं। "बहुत छोटी बूंदों पर हमारे प्रयोग इस सिद्धांत की चुनौती का प्रतिनिधित्व करते हैं।"

अल्ट्रा-स्मॉल-स्केल फ्रीजिंग प्रक्रिया का अध्ययन करने के लिए, सटर और उनके सहयोगियों ने दुनिया के सबसे छोटे पिपेट का उपयोग किया: एक मिनी-टूल जो एक सोने और जर्मेनियम मिश्र धातु की तरल बूंदों का उत्पादन कर सकता है जो एक लीटर के केवल कुछ दसवें हिस्से का उत्पादन करते हैं - एक लीटर का एक खरब का एक अरबवां हिस्सा कर सकते हैं। पिपेट द्वारा निलंबन में रखी गई बूंदों को एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के इंटीरियर में ठंडा किया जाता है, ताकि ठंड के दौरान होने वाली प्रक्रियाओं को उच्च आवर्धन में दर्ज किया जा सके।

सतह के बजाय सतह पर जमने के पहले संकेत

द्रव रहने के लिए, छोटी बूंदों को 350 डिग्री सेल्सियस से अधिक पर रखा जाना चाहिए। जब तापमान धीरे-धीरे 305 डिग्री तक कम हो गया, तो शोधकर्ताओं ने आश्चर्यजनक चीजें देखीं: तरल बूंदों ने सतह गोलाकार, सपाट, सपाट क्षेत्रों को अन्यथा गोलाकार संरचनाओं पर विकसित किया। ये पहलू स्थिर नहीं रहते हैं, लेकिन सतह पर "नृत्य" करते हैं - घंटों तक अगर तापमान को और कम नहीं किया गया है। तभी बूंद ठोस द्रव्यमान में जम जाती है। प्रदर्शन

"हमारे प्रयोगों में, ठोस जैसे गुण पहली बार सतह पर त्वचा के रूप में विकसित होते हैं, जबकि इंटीरियर तरल रहता है, " सटर कहते हैं। इस प्रकार, प्रयोगों का परिणाम स्पष्ट रूप से हिथरो कॉमन सिद्धांत का विरोध करता है जिसके अनुसार प्रक्रिया आंतरिक रूप से शुरू होती है। शोधकर्ताओं के अनुसार, ड्रॉप का आकार स्पष्ट रूप से यह निर्धारित करने में एक निर्णायक भूमिका निभाता है कि क्रिस्टलीकरण कहां से शुरू होता है।

नए निष्कर्ष प्राकृतिक वातावरण और नैनोटेक्नोलॉजिकल संदर्भों में दोनों ठंड प्रक्रिया की बेहतर समझ के लिए आधार प्रदान करते हैं। उदाहरण के लिए, वे पानी और बर्फ दोनों से मिलकर ऊपरी वायुमंडल के बादलों में एक भूमिका निभाते हैं। इन बादलों में चरण संक्रमण का ज्ञान निर्णायक रूप से जलवायु परिवर्तन के लिए इन बादलों की भूमिका और व्यवहार में सुधार कर सकता है।

(डीओई / ब्रुकहेवन नेशनल लेबोरेटरी, 16.04.2007 - एनपीओ)