“新固体物质形态“兼容”晶体和准晶体结构优势”

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科学技术日报记者操秀英

北京科技大学新金属材料国家要点实验室何战兵等研究人员日前巧妙地解决了晶体和准晶体晶体结构上的这一“水火不相容”矛盾，发现了显示原子序列鬼斧神工的新固体物质形态。 何战兵表示，目前还无法深入了解该物质的物性，但会略有预料与物质周期性相关的特殊物性。

常见的物质形态有固体、液体、液晶、气体、等离子体等。 其中固体物质又可分为晶体、准晶体、非晶体。 准晶体是不具有平移周期对称性，但具有长距离取向秩序的物质形态。 与传统晶体材料不同，准晶体没有能够周期性重复排列的单元，因此没有平移对称性。 为了防止水火不相容，周期平移性是准晶体和以前流传的晶体最本质的区别之一。 但是这次发现的新固体物质形态是在周期性排列的结构块之间嵌入非周期性的结构块而形成的，具有以前传入的晶体材料的周期位移对称性和准晶体的准周期性，融合了晶体和准晶体结构的优势。

研究人员通过透射电子显微镜，特别是能够达到原子水平分辨率的球面像差矫正透射电子显微镜的研究，在al-cr-fe-si合金体系中发现了这种不同于已知物质状态的新物质形态。 该物质状态由与准晶相关的结构块构成，但一个取向的结构块周期性排列，具有与晶体材料相同的平移单元。 在这些周期序列的结构块之间，嵌入了与以前流传的结晶相不同的非周期排列的结构块。 由于周期结构块体的存在，该结构不属于准晶体，不同于常见的非周期调制结构、一维管状主-客结构和相关无序冰结构，而是属于新的物质形态。 研究人员表示，目前只在合金中发现了这种物质的形态，但其结构特征不仅存在于合金类，还存在于有机材料、纳米自组装材料、多孔材料等体系中。

这项研究成果最近发表在经典结晶学杂志《晶体学报a》上。 这项研究在国家自然科学基金方面的项目( 51871015 )和新金属材料国家要点实验室的自主课题的资助下，由何战兵、北京大学化学学院孙俊良、沈阳金属研究所马秀良研究员、瑞士苏黎世大学沃特·斯图尔特( walter steurer )合作完成。