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香港商报:哈工大(深圳)學者發現新型晶體結構
发布时间:2020-06-27 15:03:47 65

【香港商報網訊】記者 林麗青 報導:哈爾濱工業大學(深圳)學者研究橢球在圓管中的最密堆積排列時,發現了多種有趣的晶體結構,論文在物理學權威期刊《Physical Review Letters》上發表,並獲選為該期刊的編輯推介(Editors' Suggestion)。哈工大(深圳)理學院為論文的唯一完成單位,論文作者為哈工大(深圳)金煒煒博士(通訊)、陳浩基副教授(通訊)、仲政教授。該研究獲得了國家自然科學基金、深圳市基礎研究項目、深圳市引進人才科研啟動經費、中國博士後科學基金的支持。

牽頭該項研究的陳浩基稱,顆粒在空間中的最密堆積排列跟物理學中的晶體結構有着密切的關係,前者可以作為後者的理論模型。廣為人知的例子包括面心立方與密排六方這兩種等積球體在三維無限空間中的最密堆積晶體結構。

  近二十年,等積球體在圓管受限空間中的最密排列引起了物理學家的興趣。這類柱狀晶體隨着圓管與球體的直徑比改變,而目前在直徑比從1到4的小範圍內,已有接近60種晶體結構被發現,其中大部份的結構都是螺旋形的。這些通過模擬退火等計算方法所獲得的最密堆積排列,可以用來描述多種實驗系統的晶體結構,例如納米碳管中的C60富勒烯碳球、納米通道中的共聚物、膠體晶體線、毛細管中的熱響應微球、毛細管中的微氣泡、流體驅動的聚合物自組裝、圓管中的染色體狀聚合物。

 

在實驗系統中,顆粒可以是大小不同,也可以是非球形。這些額外的自由度對相關的最密堆積排列產生什麼影響,是一個有趣而重要的物理問題。哈工大(深圳)三位學者將研究對象延伸至等積的旋轉橢球,新增的參數為旋轉橢球的長寬比。他們在一個小的參數範圍內共發現了3種螺旋形結構與4種非手性結構,而這些結構都是呈現比較有趣的位置序和取向序。在螺旋形結構中,橢球在圓管曲面較大的影響下,出現多個不同的取向。而在非手性結構中,橢球在其形狀各向異性較大的影響下,只出現少數特定的取向。

「通過堆積問題所發現的晶體結構,除了可以成為研發新材料的理論基礎外,也有望為建築設計或藝術創作帶來新靈感。」 陳浩基表示,例如北京水立方外表面上的那些「泡泡」形狀,源於一個接觸界面最小化的Weaire-Phelan泡沫結構,此結構為著名「開爾文問題」目前所知的數學解。

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