加州理工学院的研究人员第一次看到了共晶转变的不同阶段，在此过程中，液体在冷却过程中会变成两个固相。他们通过使用4D电子显微镜来实现这一目标，在空间和时间维度上都有高分辨率，在纳米级和纳米级。在纳米尺度上探测和控制共晶反应的能力可以使工业的发展取得重大进展，例如设计纳米结构合金和焊料。
在共晶反应中，原子以超高速度运动，这可能需要100纳秒的时间才能完成。因此，需要在三维空间和时间内具有高分辨率的4D电子显微镜，以捕捉在纳米结构中的共晶反应。
加州理工学院的科学家们用激光加热脉冲开始了共晶反应。然后，他们使用光产生的单电子脉冲，在起始后的特定时间内捕捉到纳米结构的状态。单电子脉冲图像可以显示固相核，在共晶转化过程中，以毫微秒的精度生长和凝固。
Au-Ga-As系统
第一作者陈斌和他的团队选择研究砷化镓纳米线，并将其覆盖在金纳米颗粒上。有很多关于共晶反应的研究涉及两个元素，但不是三个或更多的元素。因此，研究金- as系统可以为更复杂的材料系统提供真知灼见。
随着重复的激光激射，GaAs纳米线长度缩小，而金纳米粒子上限增大。研究人员可以在正常的透射电子显微镜模式下，对两种共晶固体组成
建立4D电子显微镜实验
为了达到上述结果，研究人员不得不以一种聪明的方式进行实验。他们设计了GaAs纳米线的生长，使纳米线与他们的长轴垂直于底物。在透射电子显微镜下，基体被旋转，直到它与电子束平行。通过将纳米线的长度增加几微米，它们之间的间距足以使它们的外形重叠，但在统计调查中，研究人员可以同时研究几根纳米线。此外，纳米线的非破坏性样品制备允许对其原生环境中的各向异性纳米线性质进行定性和定量研究，不受环境扰动的影响。
在成功捕捉到共晶反应后，4D显微镜在其他复杂的材料系统中有着深远的应用，从光化学到生物学。与本研究结果更直接相关的是，激光加热脉冲可用于精确控制微纳米器件的焊接和焊接。
——文章发布于2017年11月23日
