从白云石中生长山脉：用原子模拟解决白云石问题

理解白云石生长及白云石问题

白云石是一种存在于1亿年前的岩石中丰富的矿物质，在实验室中以被认为模拟其自然形成条件的条件下生长一直是个挑战。这导致了“白云石问题”，几个世纪以来一直困扰着科学家们。然而，来自密歇根大学和日本北海道大学的研究团队现在通过从原子模拟中发展出的新理论成功地在实验室中培养出了白云石。这一突破不仅解决了白云石问题，还对现代技术材料的生长具有重要意义。

消除缺陷促进白云石生长

在实验室中培养白云石的关键在于消除矿物质结构在生长过程中的缺陷。在水中，钙和镁原子随机附着在生长的白云石晶体上，经常会产生阻碍形成额外层的缺陷。通过反复清洗这些缺陷，例如通过雨水或潮汐周期，研究人员能够在更短的时间内促进有序的白云石层的生长。在生长过程中溶解和清除缺陷的能力对于各个行业中制造无缺陷材料具有重要意义。

先进的模拟技术和实验验证

准确模拟地质时间尺度上的白云石生长需要先进的模拟技术。研究人员使用密歇根大学预测结构材料科学(PRISMS)中心开发的软件，使他们能够计算生长晶体中原子间相互作用的能量。这种快捷方式使得在台式电脑上模拟白云石生长成为可能，大大减少了计算时间。该理论通过使用电子显微镜进行实验证实，该实验证实了在电子束去除缺陷后白云石晶体的生长。这项研究为半导体、太阳能电池板、电池和其他技术应用的高质量材料制造开辟了新的可能性。

参考文献：[“溶解使白云石在接近常温条件下结晶生长”作者：Joonsoo Kim, Yuki Kimura, Brian Puchala, Tomoya Yamazaki, Udo Becker和Wenhao Sun，2023年11月23日，《科学》杂志.DOI: 10.1126/science.adi3690] 该研究得到了美国化学学会PRF新博士研究员基金、美国能源部和日本学术振兴会的资助。