p O movimento atômico em um óxido cristalino usado como cátodo em baterias de íon-lítio foi demonstrado diretamente por microscopia eletrônica de transmissão de última geração, revelando a via transitória de uma reação de ordenação química. p Mesmo que dois sistemas cristalinos tenham uma estrutura cristalina idêntica com a mesma composição geral, suas propriedades físicas podem variar notavelmente em relação umas às outras, fortemente dependendo se os átomos compostos estão dispostos de uma maneira ordenada ou não. A identificação e o controle subsequente do ordenamento químico em sistemas cristalinos multicomponentes têm, portanto, esteve entre as questões centrais da química estrutural nas últimas décadas. Uma série de ligas metálicas binárias servem como exemplos prototípicos que demonstram diretamente como o grau de ordem química afeta as propriedades físicas resultantes, como a resistividade elétrica, susceptibilidade magnética, e comportamento de deformação plástica dos cristais. Além disso, muitos estudos notáveis ​​foram estendidos até mesmo para a elucidação de ordenação química local e visualização de desordenação de troca antisite em escala atômica para melhor desempenho catalítico e conversão de energia / eficiência de armazenamento.

p Grupo do Prof. Sung-Yoon Chung na Escola de Graduação da EEWS (Energia, Ambiente, Água, e Sustentabilidade) no Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia (KAIST) demonstrou com sucesso como a ordenação de cátions ocorre no espinélio O4 de Li (Mn1.5Ni0.5), que é um material catódico promissor para baterias de íon-lítio de alta tensão. Para fornecer consistentemente um corpo integrado de evidências experimentais e teóricas, técnicas combinadas foram utilizadas, incluindo microscopia eletrônica de alta resolução (HREM) e microscopia eletrônica de transmissão de varredura (STEM) para observações diretas em escala atômica, captura de imagem in situ em STEM e difração de pó de raios-X de alta temperatura para investigações em tempo real, e cálculos da teoria funcional da densidade (DFT) para estimativa quantitativa da barreira de energia durante o pedido. Em particular, movimentos atômicos durante a transição de ordenação foram claramente capturados em tempo real no STEM.

p Um feixe de elétrons acelerado com alta tensão em TEM pode transferir energia suficiente para um espécime, e com base nisso, esta abordagem foi devidamente utilizada em estudos recentes in situ para observações em tempo real sobre a transformação de fase, engrossamento de cristal, e difusão de átomos. No presente estudo, para induzir o processo de deslocamento atômico e, posteriormente, examinar a formação de defeitos pontuais em Li (Mn1.5Ni0.5) O4, um feixe de elétrons convergente intensificado foi aplicado em regiões estreitas em um cristal desordenado em STEM. Embora nenhuma variação de estrutura tenha sido observada durante a varredura com elétrons no modo de imagem normal, flutuação dinâmica na intensidade da coluna entre os sítios octaédricos pode ser identificada quando um feixe de elétrons com uma corrente mais alta (> 50 pA) varreu uma região confinada de 3 × 3 nm2.

p As descobertas neste estudo ilustram que a taxa na qual a transição de ordenação ocorre depende fortemente de quão prontamente os defeitos de ponto podem ser induzidos na rede. Além de elucidar a via cinética para ordenar a transformação, o presente estudo enfatiza que o papel dos defeitos pontuais nos cristais não se limita apenas ao transporte de massa e carga em geral, mas se estende até mesmo às transições de fase, onde esses defeitos atuam como um mediador crítico entre duas fases.

p Este trabalho foi publicado em Angewandte Chemie International Edition (2015, 54, 7963-7967) e foi selecionada como a contracapa da edição devido à importância da observação direta neste campo de grande interesse em rápida evolução.