陶瓷中藏有固態(tài)物質(zhì)新結(jié)構(gòu)——一維有序結(jié)構(gòu)

中國(guó)科學(xué)院金屬研究所陳春林研究員與日本東京大學(xué)Yuichi Ikuhara教授、重慶大學(xué)尹德強(qiáng)副教授等人合作，在陶瓷材料中發(fā)現(xiàn)了區(qū)別于晶體、準(zhǔn)晶體和非晶體的固態(tài)物質(zhì)新結(jié)構(gòu)——一維有序結(jié)構(gòu)。相關(guān)成果于12月10日在《自然·材料》上在線發(fā)表。

一維有序晶體的發(fā)現(xiàn)表明，固態(tài)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的種類比人們的已有認(rèn)知更加豐富，并且新結(jié)構(gòu)的物理性質(zhì)與相應(yīng)常見結(jié)構(gòu)類型具有顯著差異。固態(tài)物質(zhì)按其微觀結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性可分為三大類：晶體、準(zhǔn)晶體和非晶體。晶體具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性和平移對(duì)稱性，其原子有規(guī)則地在三維空間呈周期性重復(fù)排列，比如日常生活中常見的雪花、鉆石、水晶等。非晶體不具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性和平移對(duì)稱性，其原子排列不具有長(zhǎng)程有序如玻璃、石蠟等。準(zhǔn)晶體具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，但不具有平移對(duì)稱性。準(zhǔn)晶體的原子排列具有長(zhǎng)程有序，但不具有三維平移周期性。

準(zhǔn)晶體結(jié)構(gòu)的物質(zhì)在日常生活中不常見，科學(xué)家最早在合金的相中發(fā)現(xiàn)了準(zhǔn)晶體。陳春林等人利用掃描透射電子顯微術(shù)與第一性原理理論計(jì)算相結(jié)合的方法，在氧化鎂(MgO)和三氧化二釹(Nd2O3)薄膜材料中發(fā)現(xiàn)了一維有序晶體，這更新了人們對(duì)固態(tài)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)。陳春林介紹，該結(jié)構(gòu)僅在一個(gè)方向上保留了晶體的平移對(duì)稱性和周期性，在其他方向上其原子呈現(xiàn)無序排列，形成了具有一維平移周期性的長(zhǎng)程有序結(jié)構(gòu)。

據(jù)介紹，構(gòu)成一維有序晶體的結(jié)構(gòu)單元的原子排列與重位點(diǎn)陣傾轉(zhuǎn)晶界的結(jié)構(gòu)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(dǎo)體。一維有序晶體的發(fā)現(xiàn)表明固態(tài)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的種類比人們的已有認(rèn)知更加豐富，并且新結(jié)構(gòu)的物理性質(zhì)與相應(yīng)常見結(jié)構(gòu)類型具有顯著差異。(郝曉明)

關(guān)鍵詞：