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特殊物質的空間結構

生活更新时间:2024-09-16 01:28:05

中青在線北京12月11日電（中國青年報 • 中青在線記者邱晨輝）記者今天從中國科學院金屬研究所獲悉，該所研究員陳春林與日本東京大學Yuichi Ikuhara教授、重慶大學尹德強副教授等人合作，近期在陶瓷材料中發現了一種區别于晶體、準晶體和非晶體的固态物質新結構——維有序結構，或稱為一維有序晶體。這一成果已于12月10日在國際學術期刊《自然-材料》(Nature Materials)上在線發表。

特殊物質的空間結構（科學家發現一種新型固态物質結構）1

（一維有序晶體的原子結構示意圖。氧化鎂一維有序晶體可由氧化鎂晶界結構單元組合而成。中科院金屬所供圖）

固态物質按其微觀結構的對稱性可分為三大類：晶體、準晶體和非晶體。

這其中，晶體具有旋轉對稱性和平移對稱性，其原子有規則地在三維空間呈周期性重複排列，比日常生活中常見的雪花、鑽石、水晶等；非晶體不具有旋轉對稱性和平移對稱性，其原子排列不具有長程有序，比如玻璃，石蠟等；準晶體具有旋轉對稱性，但不具有平移對稱性，準晶體的原子排列具有長程有序，但不具有三維平移周期性。陳春林說，準晶體結構的物質在日常生活中不常見，科學家最早在合金的相中發現了準晶。

以上這些，是人類發現準晶體以後，對于固态物質結構的普遍認識。如今，這一傳統認知被打破了。

研究人員利用掃描透射電子顯微術與第一性原理理論計算相結合的方法，在氧化鎂和三氧化二钕薄膜材料中發現了一維有序晶體，更新了人們對固态物質結構的認識。

據陳春林介紹，最新發現的一維有序晶體結構，僅在一個方向上保留了晶體的平移對稱性和周期性，在其他方向上其原子呈現無序排列，形成了具有一維平移周期性的長程有序結構。構成一維有序晶體的結構單元的原子排列，與重位點陣傾轉晶界的結構單元非常類似。

研究表明，盡管氧化鎂晶體是能隙為7.4 電子伏特的絕緣體，氧化鎂一維有序晶體則是能隙為3.2電子伏特的寬帶半導體。一維有序晶體的發現表明，固态物質結構的種類比人們的已有認知更加豐富，并且新結構的物理性質與相應常見結構類型具有顯著差異。

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