最近，一個可以用來模擬晶體生長的通用計算成果發表在Chemical Science（化學科學）期刊。通過蒙特卡羅算法工具，模擬和任意晶體結構在不同過飽和度和平衡態下的生長和納米顆粒表面形貌。而這種基于不同濃度納米顆粒結合生長的模擬，則可以再現晶圓的形成過程，助力研究晶體螺旋位錯的發生，從而通過控制參數獲得理想的晶體生長結果。DOI: 10.1039/d0sc05017b

近年來，由于掃描電鏡的出現，可以了解晶體表面形貌方面的更多細節，因此對晶體分子的認識也更加深入，甚至可以實現原位或溶解條件下的溶劑介導轉晶。利用原子力顯微鏡或商用儀器可以輕易滿足幾十納米級別的分辨率下的觀察和繪制。但這對于晶體生長中的許多重要問題并沒有多大幫助。因此，開發一種研究晶體生長的新策略，最大限度利用現有能夠收集到的信息，通過理論模擬來獲得對晶體尺寸、缺陷、表面形貌、速率的控制。研究人員開發了這款程序被稱為CrystalGrowth(CG)。

論文介紹了晶體生長一般模型的建立過程，考慮了包括熱力學基礎，使模型適用于納米多孔材料的實驗基礎，天然晶體、能量梯度、溶膠凝膠相的驅動力等等。而這些理論實驗基礎則需要集成到程序中，再實現可視化、拓撲分析。最終實現用圖形界面進行用戶操作。

可視化模塊下的尿素晶體結構

實驗顯示，模擬工具可以對多晶、離子、分子、原子晶體等的螺旋位錯、點缺陷、過飽和度效應等進行分析，但沒有萬能的工具，更復雜的晶體生長場景需要考慮到更多方面的影響，通用算法必然無法滿足所有可能，其他挑戰還來自于孿晶、共生，以及溶液相類型需要擴展（就好比在冰中也能看到雪花晶體的生長）等等。

那么，您覺得這樣的模擬分析工具在晶體研究領域的作用如何呢？

論文地址：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/sc/d0sc05017b#!divAbstract

編譯 YUXI