Fast crystal growth at ultra-low temperatures

过冷 结晶 材料科学 晶体生长 化学物理 玻璃化 不稳定性 相(物质) 扩散 Crystal(编程语言) 结晶学 热力学 化学 物理 机械 计算机科学 核物理学 程序设计语言 有机化学
作者
Qiong Gao,Jingdong Ai,Shixiang Tang,Minhuan Li,Yanshuang Chen,Jiping Huang,Hua Tong,Lei Xu,Limei Xu,Hajime Tanaka,Peng Tan
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:20 (10): 1431-1439 被引量:56
标识
DOI:10.1038/s41563-021-00993-6
摘要

It is believed that the slow liquid diffusion and geometric frustration brought by a rapid, deep quench inhibit fast crystallization and promote vitrification. Here we report fast crystal growth in charged colloidal systems under deep supercooling, where liquid diffusion is extremely low. By combining experiments and simulations, we show that this process occurs via wall-induced barrierless ordering consisting of two coupled steps: the step-like advancement of the rough interface that disintegrates frustration, followed by defect repairing inside the newly formed solid phase. The former is a diffusionless collective process, whereas the latter controls crystal quality. We further show that the intrinsic mechanical instability of a disordered glassy state subject to the crystal growth front allows for domino-like fast crystal growth even at ultra-low temperatures. These findings contribute to a deeper understanding of fast crystal growth and may be useful for applications related to vitrification prevention and crystal-quality control.
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