最近，一个可以用来模拟晶体生长的通用计算成果发表在Chemical Science（化学科学）期刊。通过蒙特卡罗算法工具，模拟和任意晶体结构在不同过饱和度和平衡态下的生长和纳米颗粒表面形貌。而这种基于不同浓度纳米颗粒结合生长的模拟，则可以再现晶圆的形成过程，助力研究晶体螺旋位错的发生，从而通过控制参数获得理想的晶体生长结果。DOI: 10.1039/d0sc05017b

近年来，由于扫描电镜的出现，可以了解晶体表面形貌方面的更多细节，因此对晶体分子的认识也更加深入，甚至可以实现原位或溶解条件下的溶剂介导转晶。利用原子力显微镜或商用仪器可以轻易满足几十纳米级别的分辨率下的观察和绘制。但这对于晶体生长中的许多重要问题并没有多大帮助。因此，开发一种研究晶体生长的新策略，最大限度利用现有能够收集到的信息，通过理论模拟来获得对晶体尺寸、缺陷、表面形貌、速率的控制。研究人员开发了这款程序被称为CrystalGrowth(CG)。

论文介绍了晶体生长一般模型的建立过程，考虑了包括热力学基础，使模型适用于纳米多孔材料的实验基础，天然晶体、能量梯度、溶胶凝胶相的驱动力等等。而这些理论实验基础则需要集成到程序中，再实现可视化、拓扑分析。最终实现用图形界面进行用户操作。

可视化模块下的尿素晶体结构

实验显示，模拟工具可以对多晶、离子、分子、原子晶体等的螺旋位错、点缺陷、过饱和度效应等进行分析，但没有万能的工具，更复杂的晶体生长场景需要考虑到更多方面的影响，通用算法必然无法满足所有可能，其他挑战还来自于孪晶、共生，以及溶液相类型需要扩展（就好比在冰中也能看到雪花晶体的生长）等等。

那么，您觉得这样的模拟分析工具在晶体研究领域的作用如何呢？

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

编译 YUXI