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北京前沿科学技术研究院（简称“北前科学院”）成立于2016年9月，北前科学院，是由北京中科光析科学技术研究所，北检（北检）检测技术研究院，标检（北京）质量检测中心等科研单位，组建成立的独立科学科研机构，致力于前沿科学领域的研究与创新人才培养，科学技术转移孵化等，世界前沿新科学普及传播。 更多简介 +
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200年来，科学家们一直未能在实验室里种植出被认为是自然形成的普通矿物现在，来自日本札幌市的密歇根大学和北海道大学的一位研究人员终于完成了这项工作，感谢他们开发的色谱模拟理论
他们成功地解决了一个被称为“白云石问题”的突出地质问题。白云石——即意大利、尼亚加拉瀑布、多佛白崖和犹他州胡杜斯的白云石——富含超过1亿年的岩石焊料，但几乎可以观察到年轻的地层
“如果我们了解白云石是如何在自然界中生长的，我们可能会学到新的战略，以促进现代技术材料的晶体生长，”美国材料科学与工程学院材料科学与工程学教授温浩孙说
实验室中最终生长的白云石的分泌正在清除矿物结构中的缺陷当矿物在水中形成时，原子会很容易地沉积在一片灰色的晶体表面上然而，不断增长的地质条件阻碍了钙和镁的增长在水中，钙质和镁质会随机附着在生长的白云石晶体上，通常会沉积在融点中，并产生缺陷，从而防止白云石形成的增加这种无序现象使白云石生长缓慢，这意味着它们只需一层有序的白云石就可以排出1000万个小孔
幸运的是，这些缺陷没有被锁住因为无序的原子比处于正确位置的原子更不稳定，所以当它们被水惰性洗涤时，它们是第一个溶解的以这种方式反复修复这些缺陷——例如，通过降雨或循环——可以使一层或多层的时间变短随着地质时间的推移，白云岩山堆积
为了更准确地模拟白云质，需要有一个搜索器来计算下一个白云质表面上有多大或多大的振动速度稳态模拟需要生长晶体中电子和原子之间的单个相互作用的能量简单的计算通常需要大量的计算能力，但由TM的预测结构材料科学（PRISMS）中心开发的软件提供了一条捷径
“我们的软件重新计算了单个组分排列的能量，根据晶体结构的对称性，提取的极性停止预测其他排列的能量。”软件的主要开发人员之一、美国材料科学与工程部科学助理BrianPuchala说
这使得它可以模拟不同地理类别的不同颜色
材料科学和工程研究部门的首席作者Joonsoo Kim说：“每个化学步骤通常会在一台计算机上超过5000CPU。现在，我们可以在桌面上进行200万秒的相同计算。”
目前形成白云质的少数区域会引起洪水和缺水，这与孙和金的理论非常吻合但这些证据并不完全令人信服进入北海道大学材料科学教授木村由纪和木村实验室的博士后研究员山崎智也他们将这一理论与传输电子显微镜的怪癖联系起来
Kimura说：“电子显微镜经常使用电子束来成像样本。”“然而，光束会分解水，这会使囊中的晶体溶解。通常这对成像不利，但在这种情况下，溶解实际上是我们想要的。”在钙、木村和山崎三人的溶液中放置了一种不同颜色的晶体后，在两个小时内将电子脉冲4000次，消除了缺陷在脉冲之后，白云岩壁生长了大约100纳米——大约是每小时25万倍尽管这只是300层的olomite，但在此之前从未有超过5层的olomit在实验室中生长
从颜色问题中学到的知识可以帮助工程师为半导体、太阳能电池、电池和其他技术提供更高质量的材料
Suns表示：“过去，想要制造无缺陷材料的晶体制造商必须将其生产得非常低。”“我们的理论表明，如果你在生长过程中周期性地消除缺陷，你可以快速生长无缺陷材料。”
这项研究是由美国化学学会新博士研究机构资助的s能源部和日本科学促进会
来源:
Materials provided by
University of Michigan. Original written by Derek Smith.
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参考:
2024-01-20
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