💡这项突破是什么?
近日，我校材料科学与工程学院/格莱特研究院的兰司教授团队领衔在最新一期《自然·材料》（Nature Materials）中报道了桥接非晶态与晶态物质的一种手性中程序结构。论文题为：“A medium-range structure motif linking amorphous and crystalline state, DOI: 10.1038/s41563-021-01011-5”。南京理工大学为第一通讯单位，兰司教授为该论文第一和共同通讯作者、香港城市大学王循理教授、美国阿贡国家实验室任洋资深物理学家为共同通讯作者。
“非晶态物质的本质是什么”是凝聚态物理的前沿基础科学问题之一。非晶态材料中存在原子尺度规则或半规则的多面体短程（2-5 Å）有序结构，然而其中程尺度（5-20 Å）结构仍然难以通过实验观测。因此，很难确定在非晶态材料与其对应的晶态材料之间是否存在某种处于中程或更大长度尺度范围内的结构联系。非晶态材料的结晶产物往往在成分上区别于前驱体，具有截然不同的基本结构单元，使这一问题变得更为复杂。解开非晶态的本质需要先回答非晶态物质是否存在一定空间尺度的结构单元，并按什么规则堆积形成局域有序、长程无序的无定型态结构这些关键问题。为解决上述科学问题，本研究工作在最经典的大块金属玻璃体系Pd-Ni-P中捕获了一个具有层状周期性结构的亚稳中间态立方相，并利用一系列先进的散射和电镜等结构分析手段，成功解析了Pd-Ni-P非晶合金中既存在于立方相又存在于非晶基体中的一种中程序结构（图）：一种尺度为12.5 Å的手性六元三帽三棱柱团簇（论文中命名为6M-TTP）。该中程序结构在铸态可以长程无序堆积，在加热过程中一定温度区间可以周期性地堆积到几十纳米，并形成亚稳立方相。该实验观察提供了非晶相和晶相之间结构关联的直接证据，并且证明了区分晶相和非晶相的是中程序团簇的连接和堆积方式。结果表明，非晶态物质中可能普遍存在某些特征尺寸已经拓展至中程序尺度的结构单元以桥接非晶态与对应的晶态（如Pd-Ni-P金属玻璃中的6M-TTP）。我们的研究为非晶态材料的多尺度结构的有序性和复杂性提供了直接实验证据。该发现有助于进一步解开困扰学界逾世纪的非晶态结构本质难题，为调控非晶合金的中程序结构提供重要参考。
该论文成为继2016年陈光教授团队在《自然•材料》相变调控定向凝固技术、2020年曾海波教授团队《自然•光子学》相变协同光电效应工作之后，南京理工大学材料学院/格莱特研究院第三次在先进材料相变前沿创新领域取得的突破性进展。中科院物理所谷林研究员、东莞市香港城市大学研究院吴帧舵研究员、南京航空航天大学博士生朱力为论文的共同一作。我校参与该工作的作者还有材料学院/格莱特研究院刘伟教授、孔惠慧教授、刘吉梓副教授、兰司教授课题组博士生刘思楠以及沙刚教授。本论文研究工作获得国家自然科学基金、江苏省自然科学基金杰出青年基金、粤港澳大湾区联合实验室、香港裘搓基金、香港研究基金委、中央高校基础研究基金等支持。
图 桥接非晶态与晶态的中程序结构单元模型以及该结构存在于非晶态和晶态的直接实验观测证据
【文章链接】
S. Lan*#, L. Zhu#, Z.D. Wu#, L. Gu#, Q.H. Zhang, H.H. Kong, J.Z. Liu, R.Y. Song, S.N. Liu, G. Sha, Y.G. Wang, Q. Liu, W. Liu, P.Y. Wang, C.-T. Liu, Y. Ren*, X.-L. Wang*, A medium-range structure motif linking amorphous and crystalline states, Nature Materials. 2021. DOI: 10.1038/s41563-021-01011-5. （https://www.nature.com/articles/s41563-021-01011-5）
