新物质化解晶体和准晶体结构“水火不容”

固体物质的一种新形式。(a)、(b)原子分辨率高角度环暗场扫描透射电子显微镜图像。黄色扁平六边形与平移细胞形成周期性排列。嵌在它们之间的结构块是非周期性排列的。实验图像的傅里叶变换。强衍射点表现出明显的十度对称性，表明该结构与准晶密切相关。(d)在计算的周期性结构块之间嵌入非周期性结构。其中黄色扁平六边形形成周期性排列。这种计算结构并不局限于此，而是可以在晶体结构上变化和扩展。

北京科技大学新金属材料国家重点实验室教授何占兵与北京大学化学学院教授孙、沈阳金属研究所研究员马、瑞士苏黎士大学教授瓦尔特·斯陶尔合作，在铝-铬-铁-硅合金体系中发现了一种新的固态形式。最近，研究结果发表在《晶体学杂志》第一卷上，题为“周期晶格中嵌入不规则结构块的准晶相关镶嵌结构”。

这种新的材料形式与铝基十边形准晶的结构有关，是通过在周期性排列的结构块之间嵌入非周期性结构块而形成的。它既具有传统晶体材料的周期性平移对称性，又具有准晶体的准周期性，巧妙地将晶体和准晶体结构之间的矛盾融合到这种新的固态中。

与传统晶体材料不同，准晶没有可以周期性重复排列的单个晶胞，因此它们不具有平移对称性。因此，国际晶体学联合会在1992年重新定义了晶体:“晶体是能产生明锐衍射斑点的固体，非周期晶体是没有周期平移的晶体”。由于水和火是不相容的，周期平移是准晶和传统晶体最本质的区别之一。然而，何占兵等人发现的新材料形式巧妙地解决了“水火不相容”晶体结构中晶体与准晶体之间的矛盾，展示了原子排列的神奇技巧。

研究人员通过透射电子显微镜，特别是球差校正透射电子显微镜的研究，发现这种新的材料形式不同于Al65Cr15Fe10Si10和Al60Cr20Fe10Si10合金中任何已知的状态，可以达到原子分辨率。物质的状态由准晶相关的结构块组成，但是具有一个取向的结构块是周期性排列的，并且具有与晶体材料相同的平移单元。然而，一些非周期性排列的结构块嵌入在周期性排列的柱状结构块之间，这不同于传统的晶相。这些基本结构块都存在于相应的十阶准晶中，整个结构的傅里叶变换图上的强衍射点表现出明显的十阶对称性，表明其结构与十阶准晶的结构密切相关。

由于其周期性晶格和非周期性镶嵌块的多样性和灵活性，材料形式可以丰富多样。由于周期结构块的存在，这种结构不属于准晶，但它的形成过程与准晶特有的相缺陷及其近似相密切相关。这种物质状态也不同于普通的非周期性调制结构、一维管状主客体结构和相关的无序冰结构，属于一种新的物质状态。

虽然这种物质的形式目前只在合金中发现，但其结构特征不限于合金体系，还可以存在于其他体系中，如有机材料、纳米自组装材料、多孔材料等。，它们是广泛的，代表了一种新的固体形式的物质。

相关论文链接到https://doi.org/10.1107/S2053273320000066