中科院金屬所等科研團隊發(fā)現(xiàn)固態(tài)物質(zhì)新結(jié)構(gòu)
中國科學(xué)院金屬研究所研究員陳春林與日本東京大學(xué)教授Yuichi Ikuhara、重慶大學(xué)副教授尹德強等人合作，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)（或稱為一維有序晶體）。相關(guān)成果12月10日在線發(fā)表于《自然-材料》Nature Materials。
固態(tài)物質(zhì)按其微觀結(jié)構(gòu)的對稱性可分為三大類：晶體、準(zhǔn)晶體和非晶體。晶體具有旋轉(zhuǎn)對稱性和平移對稱性，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(zhǔn)晶體具有旋轉(zhuǎn)對稱性，但不具有平移對稱性。準(zhǔn)晶體的原子排列具有長程有序，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，科研人員最早在合金的相中發(fā)現(xiàn)了準(zhǔn)晶。以上是發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)晶體以后，人們對固態(tài)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的普遍認識。
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算相結(jié)合的方法，在氧化鎂（M）和三氧化二釹（Nd2O3）薄膜材料中發(fā)現(xiàn)了一維有序晶體，更新了人們對固態(tài)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認識。該結(jié)構(gòu)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(xiàn)無序排列，形成了具有一維平移周期性的長程有序結(jié)構(gòu)。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陣傾轉(zhuǎn)晶界的結(jié)構(gòu)單元非常類似。
科研團隊的研究表明，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。（沈春蕾 劉言）
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