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中外科研人員揭示物質(zhì)“從二維到三維”演變規(guī)律

2025-04-22 18:13:44

來源:中國新聞網(wǎng)

  中新社南京4月22日電 (記者 徐珊珊)中新社記者22日從南京大學(xué)獲悉,該校物理學(xué)院孫建教授團(tuán)隊(duì)與外國科研人員合作,在石墨烯夾層中發(fā)現(xiàn)一種全新的原子排列結(jié)構(gòu),改寫了氦等簡單元素只有“最密堆積結(jié)構(gòu)”的認(rèn)知,闡釋物質(zhì)“從二維到三維”的演變規(guī)律。

  相關(guān)研究成果于當(dāng)天在線發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上。

  據(jù)孫建介紹,如果用大量規(guī)格相同的玻璃珠裝滿玻璃瓶,就會發(fā)現(xiàn)這些玻璃珠在每一層都呈現(xiàn)出蜂窩狀的正六邊形結(jié)構(gòu),這在數(shù)學(xué)上被稱為“最密堆積結(jié)構(gòu)”。

  由于這種結(jié)構(gòu)的空間利用率最高,科學(xué)界一度認(rèn)為,即便在白矮星那樣超高溫、超高壓的極端環(huán)境中,氦這樣的簡單元素也只能形成這種結(jié)構(gòu)。

  此次研究中,團(tuán)隊(duì)運(yùn)用自主開發(fā)的人工智能驅(qū)動軟件,分析了氦、氖、氬三種稀有氣體以及金屬鋁在石墨烯夾層中的狀態(tài),發(fā)現(xiàn)不同于“最密堆積結(jié)構(gòu)”的新型晶體結(jié)構(gòu)。“簡言之,它的每一層不是正六邊形,而是正四邊形。”孫建說。

  論文通訊作者之一、2016年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者邁克爾·科斯特利茨表示,進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),隨著溫度升高,石墨烯夾層中的物質(zhì)逐漸熔化,表現(xiàn)出一種不同于常規(guī)固態(tài)和液態(tài)的新狀態(tài)。“我們過去只在單層氦原子等二維系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)過類似特性,通過此次研究,我們將這一規(guī)律拓展到了多層體系。”

  “新結(jié)構(gòu)、新狀態(tài),預(yù)示這些材料可能具有新奇的性質(zhì),有待科學(xué)界繼續(xù)探究。”孫建說,此次研究揭示了物質(zhì)“從二維到三維”演變過程中的物理行為與底層機(jī)制,為今后開發(fā)前沿技術(shù)提供了重要理論參考。(完)

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