Nhóm nghiên cứu do giáo sư Park Jung-won thuộc Viện nghiên cứu khoa học cơ bản Hàn Quốc (IBS), nhóm nghiên cứu của giáo sư Lee Won-chul thuộc Đại học Hanyang, cùng Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley (LBNL) của Mỹ đã thành công trong việc lần đầu tiên trên thế giới quan sát quá trình tạo mầm (nucleation), tức quá trình các nguyên tử hợp lại với nhau để kết tinh. Kết quả nghiên cứu chung này đã được đăng tải trên tạp chí học thuật uy tín quốc tế "Science" vào ngày 29/1. 

Tạo mầm là xuất phát điểm để các nguyên tử hợp lại với nhau tạo ra vật chất. Tuy nhiên, nguyên tử có kích thước rất nhỏ, cỡ vài angstrom (A, một phần 10 tỷ mét), và lại di chuyển với tốc độ rất nhanh tính bằng đơn vị mili giây (ms, một phần nghìn giây) nên rất khó quan sát.

Nhóm nghiên cứu chung đã tổng hợp vật liệu nano giải phóng ra nguyên tử vàng khi bị phóng chùm tia điện tử phía trên một tấm than chì siêu mỏng graphene (vật liệu hai chiều tách từ một lớp than chì), có độ dày bằng một hạt nguyên tử.

Tiếp đó, các nhà nghiên cứu đã sử dụng kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) của Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley có tính năng ưu việt hàng đầu thế giới để quan sát theo thời gian thực quá trình kết tinh vàng.

Các nguyên tử vàng được giải phóng sau khi nhận chùm tia điện tử của kính hiển vi sẽ tụ lại phía trên màng graphene, kết tinh thành hạt nano. Kết quả quan sát cho thấy trong quá trình này, các nguyên tử liên tục lặp lại cấu trúc kết tinh được sắp xếp một cách có trật tự và cấu trúc không kết tinh gắn kết không có trật tự. Ban đầu, mầm ở trạng thái không kết tinh, sau đó phát triển dần, đạt đến trạng thái kết tinh cuối cùng.

Kết quả quan sát này đã lật ngược lại lý thuyết hiện nay, đó là mầm kết tinh sẽ phát triển bằng cách kết tinh có quy tắc.

Nhà nghiên cứu Park Jung-won cho biết kết quả quan sát đã phát hiện, kiểm chứng bằng thực nghiệm nguyên lý mới về quá trình tạo mầm. Ông giải thích ở giai đoạn vài nguyên tử ban đầu hợp lại với nhau, do năng lượng cần thiết là rất ít nên liên tục lặp lại hai trạng thái là kết tinh và không kết tinh.

Giáo sư Lee Won-chul nhấn mạnh các nhà nghiên cứu đã thành công trong việc tái hiện lại bằng thực nghiệm trạng thái sơ khai nhất của công đoạn phún xạ (sputtering), có thể vận dụng vào phát triển công nghệ gốc lĩnh vực vật liệu chíp bán dẫn.