"Läroboken sa att vi borde se långsamt, gradvis och slumpmässigt. Men vad såg vi? BOM! Snabb, explosiv och organiserad!" sa Michael Tringides, fysiker vid det amerikanska energidepartementets Ames Laboratory och professor i fysik och astronomi vid Iowa State University.

Tringides talar om den ovanliga atomrörelsen han såg när de tappade några tusen blyatomer på en lägenhet, slät bly-på-kisel yta, allt vid låga temperaturer, och tittade på ett område som bara var en tjugondel av ett människohårs bredd.

Vad Ames Laboratory-forskare förväntade sig att se var "random-walk diffusion":atomer som malde runt, ser ut som om de inte har någon aning om vart de är på väg, var de har varit, eller att några andra atomer är nära dem. Vanligtvis, atomerna råkar så småningom springa in i varandra och skapa små strukturer.

"Istället, vi såg atomer som är mycket fokuserade och fungerar bra tillsammans för att snabbt skapa små blynanostrukturer, sade Tringides. "Den sortens "kollektiv spridning, ' är verkligen undantaget från regeln i atomrörelse. Plus, vi blev förvånade över hur snabbt välorganiserade kristallstrukturer bildas vid så kalla temperaturer, där rörelsen vanligtvis är långsam."

Kollektivet, snabb spridning observerad av Tringides team kan representera ett nytt sätt att växa perfekt, små metall nanostrukturer.

"Om vi ​​kan göra ett blyobjekt i nanoskala så snabbt, vi kan kanske skapa andra objekt på detta sätt." sa Tringides. "Att förstå den grundläggande vetenskapen om hur material fungerar på dessa nanoskalor kan vara nyckeln till att göra nanotransistorer, nanoswitchar och nanomagneter mindre, snabbare och pålitligt."

Tringides forskargrupp är specialiserad på att mäta hur atomer rör sig på ytor, avslöjar genom scanning tunnelmikroskopi hur de minsta strukturerna börjar bildas. Under de senaste åren, de har använt sin expertis för att svara på grundläggande frågor om material, som sällsynta jordartsmetaller, grafen och metalliska filmer, som är viktiga för grön energiteknik.

Denna forskning, som dök upp i Fysiska granskningsbrev , stöds av U.S. Department of Energy Office of Science.