陶瓷中藏有固態(tài)物質新結構——一維有序結構

中國科學院金屬研究所陳春林研究員與日本東京大學Yuichi Ikuhara教授、重慶大學尹德強副教授等人合作，在陶瓷材料中發(fā)現了區(qū)別于晶體、準晶體和非晶體的固態(tài)物質新結構——一維有序結構。相關成果于12月10日在《自然·材料》上在線發(fā)表。

一維有序晶體的發(fā)現表明，固態(tài)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。固態(tài)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。晶體具有旋轉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。非晶體不具有旋轉對稱性和平移對稱性，其原子排列不具有長程有序如玻璃、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。

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(fā)現了準晶體。陳春林等人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(MgO)和三氧化二釹(Nd2O3)薄膜材料中發(fā)現了一維有序晶體，這更新了人們對固態(tài)物質結構的認識。陳春林介紹，該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。

據介紹，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(fā)現表明固態(tài)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。(郝曉明)

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