新華社記者 陳席元

記者從南京大學(xué)獲悉，南京大學(xué)物理學(xué)院孫建教授團(tuán)隊(duì)與外國(guó)科研人員合作，在石墨烯夾層中發(fā)現(xiàn)了一種全新的原子排列結(jié)構(gòu)，改寫了氦等簡(jiǎn)單元素只有“最密堆積結(jié)構(gòu)”的認(rèn)知，闡釋了物質(zhì)“從二維到三維”的演變規(guī)律。

《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》4月22日在線發(fā)表了相關(guān)成果。

孫建介紹，如果用大量規(guī)格相同的玻璃珠裝滿玻璃瓶，你會(huì)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(jiǎn)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(dòng)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)了不同于“最密堆積結(jié)構(gòu)”的新型晶體結(jié)構(gòu)。“簡(jiǎn)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(jiǎng)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。