這種物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)，預(yù)計(jì)將在制藥、航空、建造和電子等領(lǐng)域發(fā)揮作用。研究人員揭示了一項(xiàng)驚人發(fā)現(xiàn)：并非所有液體中的原子都處于無(wú)序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。事實(shí)證明，部分原子會(huì)保持靜止，甚至能將整片液體囚禁于奇異的過(guò)冷態(tài)。據(jù)英國(guó)諾丁漢大學(xué)和德國(guó)烏爾姆大學(xué)研究人員稱，這種非常規(guī)物態(tài)預(yù)計(jì)將在制藥、航空、建造和電子等領(lǐng)域發(fā)揮作用。

物質(zhì)通常被認(rèn)為有三種存在形態(tài)：氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)。固體的有序排列與氣體的無(wú)序運(yùn)動(dòng)已得到相對(duì)充分的描述，而液態(tài)始終是三者中最神秘的存在。液態(tài)原子持續(xù)移動(dòng)并快速相互作用，如同熙攘的人群。特別值得注意的是，液體開(kāi)始固化的瞬間決定了最終固體產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與功能特性。從礦物沉積、冰晶形成到蛋白質(zhì)纖維折疊，固化過(guò)程至關(guān)重要。

為觀察這一關(guān)鍵過(guò)程，克里斯托弗·萊斯特博士在烏爾姆大學(xué)使用了獨(dú)特的亞埃級(jí)低電壓電子顯微鏡。萊斯特解釋："我們首先熔化沉積在單原子層石墨烯基底上的鉑、金、鈀等金屬納米顆粒。石墨烯如同實(shí)驗(yàn)灶臺(tái)，加熱過(guò)程中顆粒逐漸熔化，其原子如預(yù)期般開(kāi)始快速運(yùn)動(dòng)。但令人驚訝的是，部分原子始終靜止。"即使在極高溫度下，這些靜態(tài)原子仍牢固鍵合于石墨烯基底的位點(diǎn)缺陷處。研究人員通過(guò)電子束增加缺陷數(shù)量，首次實(shí)現(xiàn)對(duì)液態(tài)金屬中靜態(tài)原子濃度的精確調(diào)控。

這種精妙控制使團(tuán)隊(duì)得以發(fā)現(xiàn)靜態(tài)原子如何影響固化過(guò)程。當(dāng)靜態(tài)原子數(shù)量較少時(shí)才能形成常規(guī)晶體，若靜態(tài)原子數(shù)量較多并形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，固化過(guò)程會(huì)遭到劇烈破壞——液體被"囚禁"于原子構(gòu)筑的圍欄中，可在遠(yuǎn)低于冰點(diǎn)的過(guò)冷區(qū)保持液態(tài)。諾丁漢大學(xué)安德烈·赫洛比斯托夫教授指出："當(dāng)靜態(tài)原子形成環(huán)繞液體的環(huán)形結(jié)構(gòu)時(shí)，效應(yīng)尤為顯著。液體一旦被囚禁于原子圍欄，即使在遠(yuǎn)低于凝固點(diǎn)的溫度下也能保持液態(tài)。以鉑為例，其過(guò)冷液態(tài)可持續(xù)到零下350攝氏度，這比常規(guī)預(yù)期低了1000多攝氏度。"

當(dāng)被困液體最終固化時(shí)，會(huì)形成不穩(wěn)定的玻璃狀非晶態(tài)固體。只有打破原子圍欄，金屬才會(huì)釋放并轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的常規(guī)晶體結(jié)構(gòu)。這種混合金屬態(tài)的發(fā)現(xiàn)是重大突破。此前"圍欄囚禁"概念僅能在光子和電子層面實(shí)現(xiàn)，這是首次在原子尺度達(dá)成該效應(yīng)。該成果有望催生活性與耐久性更強(qiáng)的自清潔催化劑設(shè)計(jì)，最終推動(dòng)稀有金屬在能源轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)等清潔技術(shù)中的高效應(yīng)用。

這項(xiàng)研究已發(fā)表于《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)·納米》期刊。