beat365官方网站量子材料科學中心、量子物質材料協同創新中心、輕元素先進材料研究中心徐莉梅教授課題組與複旦大學物理系譚鵬教授、日本東京大學Hajime Tanaka教授等合作，利用共聚焦熒光顯微鏡對膠體粒子進行實時原位觀測與分子動力學模拟，觀測到帶電膠體晶體在深度過冷溫度下的快速生長現象。2021年5月6日，相關研究成果以“晶體在極低溫下的快速生長”（Fast crystal growth at ultra-low temperatures）為題，在線發表于《自然·材料》（Nature Materials）。

液體被快速冷卻至低溫，通常會産生大量結構缺陷，而低溫液體的擴散速率較低，使其難以克服結構缺陷形成晶體。快速冷卻能夠促進帶電膠體粒子體系玻璃化，但不利于晶化。

beat365官方网站量子材料科學中心、量子物質材料協同創新中心徐莉梅教授課題組與複旦大學物理系譚鵬教授、日本東京大學Hajime Tanaka教授等合作，發現了極低溫下晶體快速生長現象。研究表明，晶體的快速生長需要具備兩個條件：一是在晶體-液體之間形成較厚的界面層；二是界面層内的結構具備克服缺陷迅速轉化為晶體的能力。帶電膠體粒子的特别之處在于，它們擁有較“軟”且相對長程的相互作用——庫侖屏蔽勢。該類系統界面層較厚，且形成的無序結構天然具有不穩定性，易于向晶體轉化。因此，在晶體表面，液體-界面-晶體的轉化過程可像多米諾骨牌般“連鎖”發生。利用膠體懸濁液和分子動力學模拟，聯合研究團隊成功觀測到單粒子層面晶體低溫快速生長的微觀過程，給出了低溫無擴散生長的直接證據。他們也發現，這種快速生長在極低溫下仍可發生，并存在界面誘導的快速結晶現象；這一現象是通過無擴散的兩步過程實現的：先在晶體表面形成較厚的界面層；界面層内的粒子再修複缺陷形成晶體（見圖）。此項研究對深入理解快速結晶過程、抑制玻璃化和晶體質量控制有重要意義。

a.帶電膠體粒子的晶體可在低溫下快速生長，且生長速率對溫度不敏感；b.在晶體生長過程中，先在晶體表面形成具有層狀結構的界面層，然後再生成晶體，圖中Q₆是表征晶體結構的序參量，L_a是表征層狀結構好壞的序參量；c.在極低溫下，界面層厚度l與單粒子由液體到晶體的平均轉化時間τ主要由粒子間相互作用決定，用無擴撒模型l/τ預測的生長速率與實際觀測結果吻合

2021年5月6日，相關研究成果以“晶體在極低溫下的快速生長”（Fast crystal growth at ultra-low temperatures）為題，在線發表于《自然·材料》（Nature Materials）；複旦大學物理系2017級博士研究生高瓊和beat365官方网站量子材料科學中心2016級博士研究生艾靖東是共同第一作者，徐莉梅、譚鵬、Hajime Tanaka是共同通訊作者。

上述工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃、上海市科學技術委員會科技創新行動計劃、上海市青年科技啟明星計劃等支持。

原文鍊接： https://www.nature.com/articles/s41563-021-00993-6