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谭鹏课题组在多态系统结晶的动力学研究中取得进展
发布时间: 2020-07-06     文章作者:     访问次数: 14


近日,我系谭鹏课题组与东京大学Hajime Tanaka教授课题组展开合作,研究了多个结构序存在时系统的结晶动力学。202071日,相关成果以Revealing roles of competing local structural orderings in crystallization of polymorphic systems为题,发表在期刊《科学·进展》(Science Advances)上。

晶体存在各种各样不同的形状,包括六面体,四面体,八面体等等。这些形状反应的是晶体内部的原子分子排布特点。 而有一些晶体,如果仔细观察的话,会发现其本身就是由不同形状的小碎片mosaic拼装起来的。这表明相同的原子分子可以以多种方式排列,这被称为多态性polymorphism。事实上,所有的晶体都只是原子或大粒子的重复排列,这些粒子通常是由较小的种子长成的。这些种子作为初始模板,允许新粒子附着在适当的位置,继而结晶生长。然而,当多个结构表现出相似的稳定性时,结晶过程会变得非常复杂。

为了更好的理解这一过程, 研究人员利用能同时追踪很多粒子位置的三维共聚焦显微镜confocal microscope, 研究了由均匀聚甲基丙烯酸甲酯PMMA胶体粒子构成的实验系统,辅以改进的计算机算法,观察到了一种不断演化的局域结构混合物,这种混合物不断地打破和重组。作为结晶完成前的中间态,混合物中的局域结构存在时间很短,并且存在频繁的互相转化。这种竞争与转化的行为通常发生在局域范围内,很容易被粒子的随机位置涨落掩盖。

为了有针对性地去除了随机涨落带来的噪声影响,研究者改进了结构分析的计算机算法,来正确地对不同的局域结构进行分类。最终发现了不同的局域结构在空间上广泛共存,并且新发现了其时序上也存在相互转化。这一发现有力地说明无序是晶体前驱体precursor的内在特征。这项研究提供了目前单一样品中各种晶体间竞争的最清晰图像,也对工业界晶体材料的设计生产有重要的指导意义。

本工作由复旦大学与东京大学合作完成,复旦大学物理学系与应用表面物理国家重点实验室为第一单位,本系学生李黾奂 (Minhuan Li) 为第一作者,陈妍双Yanshuang Chen为第二作者。




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