Группа физиков из США, Японии и Австралии сообщила об успешном наблюдении за диффузией отдельных атомов внутри объёмного тела. Обычно параметры диффузии удаётся получить путём косвенных макроскопических экспериментов либо с помощью тщательных теоретических расчётов. Наблюдать перемещение атомов напрямую удавалось только на поверхности материала.
В эксперименте исследовалось перемещение атомов примесей в кристаллической решётке нитрида алюминия. В качестве примесей использовались отдельные атомы церия и марганца. Наблюдения проводились с помощью сканирующего электронного микроскопа с исправленными аберрациями.
Учёные впервые смогли увидеть перемещение отдельных атомов внутри материала. Кроме того, эксперимент подтвердил теоретические предсказания о подвижности атомов. Атомы церия оказались более подвижными, чем атомы марганца, несмотря на то, что атомы церия крупнее.
Предсказания подвижности атомов базировались на теории функционала плотности, подразумевающей моделирование электронной структуры сложной системы. Согласно теории, диффузионный барьер должен уменьшаться для больших замещающих атомов. На предоставленных исследователями видеороликах видно, что атом церия активно перемещается по кристаллу, в то время как атом марганца неподвижен.
Наблюдения за диффузионными перемещениями отдельных атомов примесей в кристаллах могут быть использовании для более глубокого понимания свойств и причин долговечности новых материалов.
