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南大物理学院揭秘二维到三维物质演变

时间:2025-05-01 10:19:19 483浏览 收藏

南京大学物理学院孙建教授团队与海外研究者合作,在石墨烯夹层中发现了前所未有的原子排列结构,推翻了氦等简单元素仅有“最密堆积结构”的传统观念。研究团队使用自主研发的AI驱动软件,分析了氦、氖、氩三种稀有气体以及金属铝在石墨烯夹层中的状态,发现了一种新型晶体结构。相关研究成果已于4月22日在《美国国家科学院院刊》上线发表。此次研究揭示了物质从二维到三维演变的规律,为未来开发前沿技术提供了重要的理论基础。

南京大学物理学院孙建教授团队与海外研究者合作,在石墨烯夹层中发现了前所未有的原子排列结构,推翻了氦等简单元素仅有“最密堆积结构”的传统观念,揭示了物质从二维到三维的演变规律。

相关研究成果已于4月22日在《美国国家科学院院刊》上线发表。

孙建解释说,若用相同规格的玻璃珠填满玻璃瓶,每一层玻璃珠会形成蜂窝状的正六边形结构,这在数学上被称作“最密堆积结构”。

由于这种结构的空间利用率最高,科学界曾认为,即便在白矮星那样的极端高温高压环境下,氦这样的简单元素也只能形成这种结构。

在本次研究中,团队使用了自主研发的AI驱动软件,分析了氦、氖、氩三种稀有气体以及金属铝在石墨烯夹层中的状态,发现了一种不同于“最密堆积结构”的新型晶体结构。“简而言之,每一层的形状不再是正六边形,而是正四边形。”孙建说。

南京大学物理学院中外科研人员揭示物质“从二维到三维”演变规律

图示从左到右,同一层的氦原子用同一种颜色表示。这组示意图展示了,在两层石墨烯(用棕色链球表示)的限制下,氦原子的结构从二维向三维的演变过程,每一层内部从正六边形向正四边形转变的特征。(南京大学提供)

论文通讯作者之一、2016年诺贝尔物理学奖得主迈克尔·科斯特利茨表示,进一步的研究发现,随着温度的升高,石墨烯夹层中的物质逐渐熔化,呈现出一种不同于传统固态和液态的新状态。“我们之前仅在单层氦原子等二维系统中观察到这种特性,通过这次研究,我们将这一规律扩展到了多层体系中。”

“新结构、新状态,意味着这些材料可能具有独特的特性,等待科学界进一步探索。”孙建说,此次研究揭示了物质从二维到三维演变过程中物理行为及底层机制,为未来开发前沿技术提供了重要的理论基础。

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