科學家發現兼具液態與固態特性的奇異混合態物質

這種物質的發現，預計將在制藥、航空、建造和電子等領域發揮作用。研究人員揭示了一項驚人發現：并非所有液體中的原子都處于無序運動狀態。事實證明，部分原子會保持靜止，甚至能將整片液體囚禁于奇異的過冷態。據英國諾丁漢大學和德國烏爾姆大學研究人員稱，這種非常規物態預計將在制藥、航空、建造和電子等領域發揮作用。

物質通常被認為有三種存在形態：氣態、液態和固態。固體的有序排列與氣體的無序運動已得到相對充分的描述，而液態始終是三者中最神秘的存在。液態原子持續移動并快速相互作用，如同熙攘的人群。特別值得注意的是，液體開始固化的瞬間決定了最終固體產物的結構與功能特性。從礦物沉積、冰晶形成到蛋白質纖維折疊，固化過程至關重要。

為觀察這一關鍵過程，克里斯托弗·萊斯特博士在烏爾姆大學使用了獨特的亞埃級低電壓電子顯微鏡。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。石墨烯如同實驗灶臺，加熱過程中顆粒逐漸熔化，其原子如預期般開始快速運動。但令人驚訝的是，部分原子始終靜止。"即使在極高溫度下，這些靜態原子仍牢固鍵合于石墨烯基底的位點缺陷處。研究人員通過電子束增加缺陷數量，首次實現對液態金屬中靜態原子濃度的精確調控。

這種精妙控制使團隊得以發現靜態原子如何影響固化過程。當靜態原子數量較少時才能形成常規晶體，若靜態原子數量較多并形成環狀結構，固化過程會遭到劇烈破壞——液體被"囚禁"于原子構筑的圍欄中，可在遠低于冰點的過冷區保持液態。諾丁漢大學安德烈·赫洛比斯托夫教授指出："當靜態原子形成環繞液體的環形結構時，效應尤為顯著。液體一旦被囚禁于原子圍欄，即使在遠低于凝固點的溫度下也能保持液態。以鉑為例，其過冷液態可持續到零下350攝氏度，這比常規預期低了1000多攝氏度。"

當被困液體最終固化時，會形成不穩定的玻璃狀非晶態固體。只有打破原子圍欄，金屬才會釋放并轉化為穩定的常規晶體結構。這種混合金屬態的發現是重大突破。此前"圍欄囚禁"概念僅能在光子和電子層面實現，這是首次在原子尺度達成該效應。該成果有望催生活性與耐久性更強的自清潔催化劑設計，最終推動稀有金屬在能源轉換與存儲等清潔技術中的高效應用。

這項研究已發表于《美國化學學會·納米》期刊。