光明網訊記者從北京科技大學獲悉，近日，該校新金屬材料國家重點實驗室教授何戰兵與北京大學化學學院教授孫俊良、沈陽金屬研究所研究員馬秀良、瑞士蘇黎世大學教授Walter Steurer1合作，在Al-Cr-Fe-Si合金系中發現一種新的固體物質形态。這種新的物質形态與鋁基十次準晶的結構相關，由周期排列的結構塊之間鑲嵌非周期結構塊形成。它同時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，将晶體和準晶體結構上的矛盾巧妙的融合在這一新的固體物态之中。

常見的物質形态有固态、液态、液晶、氣态、等離子态等。其中固态物質又可分為晶體，準晶體、非晶體。與傳統晶體材料不同，準晶體中沒有一個可以周期性重複排列的單胞，因而不具有平移周期對稱性，但又是一種具有長程取向有序的物質形态。如水火不相容一般，周期平移性成為準晶體和傳統晶體最本質的區别之一。

然而，何戰兵等發現的這種新的物質形态，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。

研究者們通過透射電子顯微學，特别是能達原子級分辨的球差矯正透射電子顯微鏡，在Al65Cr15Fe10Si10 和Al60Cr20Fe10Si10合金中發現了這種不同于任何已知物态的新奇物質形态(圖1)。

一種新的固态物質形态。(a),(b)原子級分辨高角環形暗場-掃描透射電子顯微像。其中黃色的扁六邊形成周期排列，具有平移單胞。而鑲嵌在它們之間的結構塊則呈非周期排列。 (c) 實驗像的傅裡葉變換。強衍射點呈現明顯的十次對稱，說明該結構跟準晶密切相關。(d)計算的周期結構塊之間鑲嵌非周期結構。其中黃色扁六邊形成周期排列。這類計算結構不局限于這一種，可以千變萬化，在晶體結構上具有廣泛性。（北京科技大學供圖）

該物态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。而這些周期排的列結構塊之間卻鑲嵌着一些非周期排列的結構塊，不同于傳統的晶體相。這些基本的結構塊均存在于對應的十次準晶體中，且整個結構的傅裡葉變換圖上的強衍射斑點呈現明顯的十次對稱，說明其結構與十次準晶體的結構密切相關。由于其周期格子及非周期性鑲嵌結構塊的多樣性和靈活性，因而該物質形态可以豐富多變。

由于周期性結構塊的存在，這種結構不屬于準晶體，但其生成過程與準晶體及其近似相特有的相位子缺陷密切相關。該類物質态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态。

雖然該類物質形态目前僅在合金中發現，但其結構特性不局限于合金體系，也可以存在于别的體系中，如有機材料，納米自組裝材料，多孔材料等，具有廣泛性，代表着一種新的固體物質形态。研究團隊表示，雖然目前還未能對該物質的物性做深入地了解，但可預見會有一些與物質周期性相關的特殊物性。

該研究獲得國家自然科學基金面上項目及新金屬材料國家重點實驗室自主課題的資助，于近日發表在經典晶體學雜志Acta Crystallographica A上。（肖春芳）

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