来认识一下“Zangenite”，这是一种空心晶体结构，以发现它的纽约大学研究生的名字命名。晶体，无论是存在于糖、食盐、雪花还是钻石中，其生长方式并不总是简单或可预测的。纽约大学的研究人员在《自然通讯》上发表的一项新研究中，记录了晶体从无定形团块到有序结构的转变过程。

科学家们发现，晶体并非总是逐块逐块地形成，而是可以通过更复杂的路径生长。图片来源：Shihao Zang/纽约大学

在研究晶体形成机制的过程中，研究人员发现了一种此前从未被发现过的特殊棒状晶体。他们将其命名为“Zangenite”，以发现该晶体的纽约大学研究生的名字命名。

混乱中有序

晶体是由粒子排列成重复图案的固体。这种自组装过程被研究人员描述为“从混乱中协调秩序”，人们曾认为它遵循一种简单、经典的生长模型。然而，科学家们现在发现，晶体生长可以通过更复杂、更多样化的途径进行。

为了研究晶体的形成，一些研究人员使用由称为胶体颗粒的小球组成的晶体，这些胶体颗粒很小但比构成其他晶体的原子大得多。

新发现的Zangenite晶体结构。图片来源：Shihao Zang/纽约大学

“研究胶体颗粒的优势在于，我们可以在单粒子层面观察结晶过程，而这对于原子来说非常困难，因为它们太小，运动速度太快。而对于胶体，我们可以用显微镜观察晶体的形成过程。”纽约大学化学教授斯特凡诺·萨卡纳说道。

两步流程

为了阐明胶体晶体的形成机制，研究人员进行了实验，仔细观察带电胶体颗粒在不同生长条件下从盐水悬浮液转变为完全形成晶体时的行为。该团队还进行了数千次计算机模拟（由纽约大学化学助理教授格伦·霍基领导），以模拟晶体的生长方式，并帮助解释他们在实验中观察到的现象。

纽约大学的研究人员利用实验和计算机模拟，研究晶体如何从无定形的团块发展成高度有序的结构。图片来源：Shihao Zang/纽约大学

研究人员确定胶体晶体的形成过程分为两个步骤：首先，无定形的颗粒团块会凝聚，然后转变为有序的晶体结构，从而形成多种多样的晶体类型和形状。

意外的发现

在这些实验中，博士生臧世豪发现了一种无法辨认的棒状晶体。肉眼看来，它与实验室中之前发现的晶体相似，但仔细观察后发现，其粒子组合有所不同，而且晶体尖端含有空心通道。臧世豪将这种未知结构与自然界中发现的一千多种晶体进行了比较，但仍然未能找到匹配的晶体。

通过霍基的计算机模型，研究人员模拟了完全相同的晶体，使他们能够更详细地研究其细长的空心形状。

“这很令人费解，因为通常晶体都很致密，但这个晶体却有贯穿整个晶体的空通道，”霍基说，他也是纽约大学西蒙斯计算物理化学中心的一名教员。

纽约大学的研究人员发现了一种新的晶体——一种棒状、中空、低密度的结构，如图所示，这些结构在实验和模拟中得到了展示。研究人员将其命名为“Zangenite”，以纪念发现它的纽约大学研究生。图片来源：Shihao Zang/NYU

萨卡纳补充道：“通过实验和模拟的协同作用，我们意识到这种晶体结构以前从未被观察到过。”

他们根据新发现的晶体成分将其命名为 L3S4，但由于是 Zang 发现的，所以在实验室会议上非正式地称之为“Zangenite”。这个名字一直沿用至今。

“我们研究胶体晶体是为了模拟真实的原子晶体世界，但从未想过会发现一种在现实世界中找不到的晶体。”臧教授说。

纽约大学博士生臧世豪。图片来源：David Song/纽约大学

Zangenite 的发现为探索空心低密度晶体的用途创造了机会，并可能为寻找更多新晶体铺平道路。

霍基说：“Zangenite 内部的通道类似于其他材料中的特征，可用于过滤或封装其中的物质。以前，我们认为很少观察到新的晶体结构，但我们也许能够发现一些尚未被表征的新结构。”

更广泛地说，更深入地了解晶体的形成方式有望开发新材料，包括作为激光器、光纤电缆、太阳能电池板和其他传输或收集光的技术基础的光子带隙材料。

编译自/scitechdaily