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北京科技大學(xué)新金屬材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室何戰(zhàn)兵等研究人員近日發(fā)現(xiàn)一種新的固體物質(zhì)形態(tài)，該形態(tài)巧妙地化解了晶體和準(zhǔn)晶體在晶體結(jié)構(gòu)上的這種“水火不相容”的矛盾，顯示了原子排列的鬼斧神工。何戰(zhàn)兵表示，雖然目前還未能對該物質(zhì)的物性做深入了解，但可預(yù)見會有一些與物質(zhì)周期性相關(guān)的特殊物性。

常見的物質(zhì)形態(tài)有固態(tài)、液態(tài)、液晶、氣態(tài)、等離子態(tài)等。其中固態(tài)物質(zhì)又可分為晶體，準(zhǔn)晶體、非晶體。準(zhǔn)晶體是一種不具有平移周期對稱性，但具有長程取向有序的物質(zhì)形態(tài)。與傳統(tǒng)晶體材料不同，準(zhǔn)晶體中沒有一個可以周期性重復(fù)排列的單胞，因而不具有平移對稱性。如水火不相容一樣，周期平移性是準(zhǔn)晶體和傳統(tǒng)晶體最本質(zhì)的區(qū)別之一。然而此次發(fā)現(xiàn)的新固體物質(zhì)形態(tài)，由周期排列的結(jié)構(gòu)塊之間鑲嵌非周期結(jié)構(gòu)塊形成，具有傳統(tǒng)晶體材料的周期平移對稱性和準(zhǔn)晶體的準(zhǔn)周期性，將晶體和準(zhǔn)晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)融合在一起。

研究者們通過透射電子顯微學(xué)，特別是能達(dá)原子級分辨的球差矯正透射電子顯微鏡的研究，在Al-Cr-Fe-Si合金系中發(fā)現(xiàn)了這種不同于任何已知物態(tài)的新奇物質(zhì)形態(tài)。該物態(tài)由準(zhǔn)晶相關(guān)的結(jié)構(gòu)塊組成，但其中一種取向的結(jié)構(gòu)塊呈周期排列，具有與晶體材料一樣的平移單胞。而這些周期排列結(jié)構(gòu)塊之間卻鑲嵌著一些非周期排列的結(jié)構(gòu)塊，不同于傳統(tǒng)的晶體相。由于周期性結(jié)構(gòu)塊的存在，這種結(jié)構(gòu)不屬于準(zhǔn)晶體，也不同于常見的非周期調(diào)制結(jié)構(gòu)、一維管狀主—客結(jié)構(gòu)及關(guān)聯(lián)無序冰結(jié)構(gòu)，屬于一種新的物質(zhì)形態(tài)。研究人員稱，雖然該類物質(zhì)形態(tài)目前僅在合金中發(fā)現(xiàn)，但其結(jié)構(gòu)特性不局限于合金體系，也可以存在于有機(jī)材料，納米自組裝材料，多孔材料等體系中。

該研究成果近日發(fā)表于經(jīng)典的晶體學(xué)雜志《晶體學(xué)報A》。該研究獲得國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(51871015)及新金屬材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主課題的資助，由何戰(zhàn)兵、北京大學(xué)化學(xué)學(xué)院孫俊良、沈陽金屬研究所馬秀良研究員、瑞士蘇黎世大學(xué)沃特·斯圖爾(Walter Steurer)合作完成。(記者操秀英)