当物质拒绝遵守规则时会发生什么?准晶体。

数十年来,准晶体 - 奇怪的固体,使晶体和玻璃之间的界线模糊 - 使科学家感到困惑。与普通的晶体不同,它们的原子模式永远不会重复,但它们仍然高度有序。现在,使用有史以来第一个量子力学模拟的研究人员发现了它们的存在原因:它们从根本上是稳定的,而不是快速的[...]

来源:SciTech日报
量子模拟揭示准晶体确实稳定——结束了长达 40 年的科学争论。图片来源:Shutterstock

几十年来,准晶体——模糊了晶体和玻璃之间界限的奇怪固体——一直困扰着科学家。与普通晶体不同,它们的原子图案从不重复,但仍保持高度有序。

现在,研究人员首次使用这些材料的量子力学模拟揭示了它们存在的原因:它们基本上是稳定的,而不是短暂的快速冷却事故。这一突破解决了 40 年来的科学谜团,并为具有不寻常、打破规则特性的工程材料打开了大门。

准晶体:晶体和玻璃之间的奇妙状态

根据密歇根大学的研究,晶体和玻璃之间的一种奇怪而罕见的物质形式实际上可能是某些原子组合最稳定的结构。

这个结论来自于对准晶体进行的首次量子力学模拟,准晶体是一种曾经被认为不可能存在的固体。与晶体一样,准晶体的原子排列在晶格中,但它们的图案永远不会像传统晶体中那样重复。新的模拟方法表明,就像晶体一样,准晶体本质上是稳定的,尽管它们与玻璃等无序材料有相似之处,玻璃通常是在熔融物质冷却过快时形成的。

钪锌准晶体的单晶粒有 12 个五边形面。图片来源:Yamada 等人。 (2016)。 IUCrJ

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量子计算 DOI:10.1038/s41567-025-02925-6

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