原子是組成物質的基本單元。原子在三維空間的排布決定了物質的物理性質📁。要在最基本的尺度上認識材料結構與功能,精確定位原子的三維位置尤為重要。X射線晶體學在確定完美晶體的三維原子結構上取得了重大成功⚓️,然而完美晶體在自然界中極少存在,很多材料的性能直接取決於空位、表面重構、點缺陷♔🤽🏽♂️、晶界缺陷🕴🏼、位錯等等,晶體學無法準確獲得這些缺陷原子的排列。更重要的是,這些非完美晶體的結構還可能在外界刺激下(例如加熱、應力等等)演變成不同的結構,而這些動力學過程目前在原子分辨尺度下的變化尚不清楚。報告人利用原子分辨三維電子成像(Atomic Electron Tomography, AET)對催化材料鎳鉑納米顆粒以及功能磁性材料鐵鉑納米顆粒的進行研究🧎🏻♂️➡️,並精確定位顆粒中原子的化學組成與位置坐標。在此基礎上通過增加時間維度,在四維原子分辨尺度上觀測到了鐵鉑材料中早期晶體成核的動力學🍭,在單原子的水平上跟蹤了金屬合金納米顆粒的隨著外界退火刺激下不同時間的變化,並且揭示了顆粒中不同晶核在不同時間存在著成長、波動以及消融等多種情況🐵。這一工作跟蹤了‘前所未見’的成核過程——捕獲原子在四維原子分辨率下的重排。這一發現與現有的晶體成核理論相悖,很助於我們發現並提出一種全新的普適晶體成核理論。