北京
說(shuō)起來(lái)有點(diǎn)反常識(shí)：這世上有些物質(zhì)形態(tài)，物理學(xué)家在紙面上推演了幾十年，卻從來(lái)沒(méi)人親眼見(jiàn)過(guò)。不是它們太遙遠(yuǎn)——像暗物質(zhì)那樣得去宇宙深處找——而是它們太短暫，登場(chǎng)即退場(chǎng)，根本來(lái)不及被“按”住。
現(xiàn)在，來(lái)自布朗大學(xué)和密歇根大學(xué)工程學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)，終于把這樣一個(gè)“只活在理論里”的相態(tài)給穩(wěn)定住了。他們用的材料倒也不神秘，就是銀，不過(guò)形態(tài)特殊：精心設(shè)計(jì)的納米顆粒，充當(dāng)了樂(lè)高積木般的構(gòu)建單元。
布朗大學(xué)化學(xué)系副教授、論文通訊作者歐晨打了個(gè)比方：“我們的工作有點(diǎn)像小孩玩樂(lè)高。我們合成出獨(dú)特的納米級(jí)積木塊，再把它們堆成有意思的結(jié)構(gòu)。這一次，我們成功穩(wěn)定住了那些理論預(yù)測(cè)的過(guò)渡結(jié)構(gòu)，還展示了它們重要的量子光學(xué)性質(zhì)。”
這篇成果已經(jīng)發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。
要理解這件事為什么值得興奮，得先看一眼金屬原子們最常擺出的兩種隊(duì)形。一種是面心立方結(jié)構(gòu)，粒子塞得盡可能密實(shí)，立方體的八個(gè)角各有一個(gè)粒子，六個(gè)面的正中心也各站一個(gè)。另一種是體心立方結(jié)構(gòu)，角上八個(gè)粒子不變，但面的中心空出來(lái)了，只留一個(gè)粒子蹲在立方體的正中央。鐵受熱到912攝氏度時(shí)，就會(huì)從體心立方變成面心立方，這在冶金學(xué)里屬于基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)。
問(wèn)題在于，從一個(gè)隊(duì)形換到另一個(gè)隊(duì)形，原子們不是瞬移過(guò)去的，中間必定要經(jīng)歷一系列短暫的過(guò)渡狀態(tài)。最有名的一種解釋叫西山－瓦瑟曼路徑，這個(gè)模型預(yù)測(cè)了一整套中間結(jié)構(gòu)，但前提是——它們天生不穩(wěn)定，極難被直接“抓現(xiàn)行”。
密歇根大學(xué)助理研究員、論文合著者蒂姆·摩爾說(shuō)得直接：“材料科學(xué)家很早就關(guān)心怎么控制金屬里面心立方和體心立方的比例，但兩者之間的相轉(zhuǎn)變因?yàn)樘环€(wěn)定，一直很難研究。能觀察到這些結(jié)構(gòu)……”
話沒(méi)說(shuō)完，意思已經(jīng)到了。這項(xiàng)新研究恰恰就是用特制銀納米顆粒，把那些轉(zhuǎn)瞬即逝的中間相給“復(fù)刻”了出來(lái)，讓大家能慢慢端詳。這不僅是拍拍照片發(fā)篇論文的事，團(tuán)隊(duì)還在這些被鎖定的過(guò)渡態(tài)上發(fā)現(xiàn)了不尋常的光學(xué)特性，這些特性有一天可能在量子計(jì)算或其他量子信息技術(shù)里派上用場(chǎng)。
更具想象空間的是方法本身。用定制的納米顆粒去搭建全新材料，等于是給了材料設(shè)計(jì)一套全新的語(yǔ)法。過(guò)去你在自然界里找材料，找到什么算什么；現(xiàn)在你可以先想好要什么特性，再用納米積木把它“搭”出來(lái)。歐晨團(tuán)隊(duì)這次鎖定過(guò)渡相，只是這個(gè)策略的第一次漂亮亮相。后面還能搭出什么，連他們自己大概也很好奇。
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