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專題論述

新固體物質形態“兼容”晶體和準晶體結構特點
信息來源:科技日報 上傳日期:2020-03-10 點擊率:132次

 

北京科技大學新金屬材料國家重點實驗室何戰兵等研究人員近日發現一種新的固體物質形態,該形態巧妙地化解了晶體和準晶體在晶體結構上的這種“水火不相容”的矛盾,顯示了原子排列的鬼斧神工。何戰兵表示,雖然目前還未能對該物質的物性做深入了解,但可預見會有一些與物質周期性相關的特殊物性。

 

常見的物質形態有固態、液態、液晶、氣態、等離子態等。其中固態物質又可分為晶體,準晶體、非晶體。準晶體是一種不具有平移周期對稱性,但具有長程取向有序的物質形態。與傳統晶體材料不同,準晶體中沒有一個可以周期性重復排列的單胞,因而不具有平移對稱性。如水火不相容一樣,周期平移性是準晶體和傳統晶體最本質的區別之一。然而此次發現的新固體物質形態,由周期排列的結構塊之間鑲嵌非周期結構塊形成,具有傳統晶體材料的周期平移對稱性和準晶體的準周期性,將晶體和準晶體結構特點融合在一起。

 

研究者們通過透射電子顯微學,特別是能達原子級分辨的球差矯正透射電子顯微鏡的研究,在Al-Cr-Fe-Si合金系中發現了這種不同于任何已知物態的新奇物質形態。該物態由準晶相關的結構塊組成,但其中一種取向的結構塊呈周期排列,具有與晶體材料一樣的平移單胞。而這些周期排列結構塊之間卻鑲嵌著一些非周期排列的結構塊,不同于傳統的晶體相。由于周期性結構塊的存在,這種結構不屬于準晶體,也不同于常見的非周期調制結構、一維管狀主—客結構及關聯無序冰結構,屬于一種新的物質形態。研究人員稱,雖然該類物質形態目前僅在合金中發現,但其結構特性不局限于合金體系,也可以存在于有機材料,納米自組裝材料,多孔材料等體系中。

 

該研究成果近日發表于經典的晶體學雜志《晶體學報A》。該研究獲得國家自然科學基金面上項目(51871015)及新金屬材料國家重點實驗室自主課題的資助,由何戰兵、北京大學化學學院孫俊良、沈陽金屬研究所馬秀良研究員、瑞士蘇黎世大學沃特·斯圖爾(Walter Steurer)合作完成。


 

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