北京科技大学:新固体物质形态“兼容”晶体和准晶体结构特点

北京科技大学新金属材料国家重点实验室何战兵等研究人员近日发现一种新的固体物质形态，该形态巧妙地化解了晶体和准晶体在晶体结构上的这种“水火不相容”的矛盾，显示了原子排列的鬼斧神工。何战兵表示，虽然目前还未能对该物质的物性做深入了解，但可预见会有一些与物质周期性相关的特殊物性。

常见的物质形态有固态、液态、液晶、气态、等离子态等。其中固态物质又可分为晶体，准晶体、非晶体。准晶体是一种不具有平移周期对称性，但具有长程取向有序的物质形态。与传统晶体材料不同，准晶体中没有一个可以周期性重复排列的单胞，因而不具有平移对称性。如水火不相容一样，周期平移性是准晶体和传统晶体最本质的区别之一。然而此次发现的新固体物质形态，由周期排列的结构块之间镶嵌非周期结构块形成，具有传统晶体材料的周期平移对称性和准晶体的准周期性，将晶体和准晶体结构特点融合在一起。

研究者们通过透射电子显微学，特别是能达原子级分辨的球差矫正透射电子显微镜的研究，在Al-Cr-Fe-Si合金系中发现了这种不同于任何已知物态的新奇物质形态。该物态由准晶相关的结构块组成，但其中一种取向的结构块呈周期排列，具有与晶体材料一样的平移单胞。而这些周期排列结构块之间却镶嵌着一些非周期排列的结构块，不同于传统的晶体相。由于周期性结构块的存在，这种结构不属于准晶体，也不同于常见的非周期调制结构、一维管状主—客结构及关联无序冰结构，属于一种新的物质形态。研究人员称，虽然该类物质形态目前仅在合金中发现，但其结构特性不局限于合金体系，也可以存在于有机材料，纳米自组装材料，多孔材料等体系中。

该研究成果近日发表于经典的晶体学杂志《晶体学报A》。该研究获得国家自然科学基金面上项目(51871015)及新金属材料国家重点实验室自主课题的资助，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(Walter Steurer)合作完成。(记者操秀英)

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