重要突破！中国科大发现新型有序物态——理想非晶体精选

2026-02-18 22:02:48来源：安徽网

大皖新闻讯 2月18日，大皖新闻记者从中国科学技术大学获悉，该校童华教授、徐宁教授及其合作者在非晶物态理论研究中取得重要突破。研究实现了兼具非晶结构与晶体般完美结构效率和稳定性的全新有序物态——理想非晶体，并发展类似路径积分的关联表征方法，揭示了其非常规的长程空间关联，这项工作具有重要的学术价值与应用前景。

(相关资料图)

“空间位阻”造就的有序奥秘

相关人员表示，在凝聚态物理领域，“有序”与“无序”是贯穿始终的核心命题。在传统认知中，有序往往意味着对称破缺。最典型的例子就是晶体，其原子的周期性排布打破了空间平移和旋转对称性；对立面则是排列混乱、随机的玻璃态物质。沿着从晶体到准晶的探索方向，是否存在一种不打破平移或旋转对称性、却高度有序的全新物态？沿着相反的方向探索玻璃和玻璃化转变过程中可能隐藏的结构序，同样会触达这一基本问题。

左图为二维理想非晶体的位型图；中图为理想非晶中隐藏的相干路径；右图展示了基于相干路径定义的类似路径积分的空间关联表征方法

“虽然大量的实验事实告诉我们，‘有序’意味着原子像地板上的瓷砖一样排列，即通过打破平移和旋转对称性形成的重复图案，热力学基本原理却隐含着其他可能。”相关人员称，理想非晶体正是这一隐藏可能性的体现，其通过最优空间位阻堆积实现有序——这是一种每个粒子都以可能的最高效率排列以减少“浪费”空间的最优状态。

研究团队首先定义了一个不依赖于特定对称性的位阻有序参数，并在前期工作中证明了其热力学意义。以此为指引，研究团队在二维多分散粒子体系中结合热力学演化和优化算法方法，成功制备出满足吉布斯纯相定义的理想非晶体。由于缺少已知的对称性破缺，传统方法无法揭示理想非晶态的有序性。针对该问题，团队突破对称性框架创新性提出相干路径的概念，在此视角下，晶体序恰好是这种更一般的结构序的一个特例。

表现出“超稳定性”

记者了解到，研究对理想非晶体的物性进行了基本表征。结果表明，其尽管看起来像随机排列的液体，但物理性能如同晶体，具有一系列此前被认为非晶结构不可能具备的“类晶体”特性。

热力学稳定性：理想非晶体的熔化过程呈现势能突变的类一级相变特征，表现出“超稳定性”；声子振动谱：理想非晶体的低频振动几乎是完美的德拜型声子模式，无非晶体系典型的低频准局域模式和玻色峰；机械强度：其弹性响应是完全仿射的，使其机械行为像传统金属一样可预测；高度均匀性：它们表现出超均匀性，这是一种能抑制大尺度密度波动的特殊状态，保证其极为出色的材料一致性。

研究成果在线发表于《自然·材料》

记者获悉，这项工作兼具有重要的学术价值与应用前景。在基础研究层面，理想非晶体拓展了物质有序态的范畴，通过弥合混沌与几何之间的鸿沟，这种新物态证明了有序并不总是需要对称破缺——有时，它只需要追求效率的完美；在应用层面，其为设计既像玻璃一样各向同性、又在物理性质上趋于完美的新型非晶材料提供了全新思路。

该研究受到了中国国家自然科学基金的资助，相关研究成果已在线发表在《自然·材料》杂志上。

大皖新闻记者魏鑫鑫

编辑王翠

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