記者從南京大學獲悉，南京大學物理學院孫建教授團隊與外國科研人員合作，在石墨烯夾層中發現了一種全新的原子排列結構，改寫了氦等簡單元素只有“最密堆積結構”的認知，闡釋了物質“從二維到三維”的演變規律。

《美國國家科學院院刊》4月22日在線發表了相關成果。

孫建介紹，如果用大量規格相同的玻璃珠裝滿玻璃瓶，你會發現這些玻璃珠在每一層都呈現出蜂窩狀的正六邊形結構，這在數學上被稱為“最密堆積結構”。

由于這種結構的空間利用率最高，科學界一度認為，即便在白矮星那樣超高溫、超高壓的極端環境中，氦這樣的簡單元素也只能形成這種結構。

此次研究中，團隊運用自主開發的人工智能驅動軟件，分析了氦、氖、氬三種稀有氣體以及金屬鋁在石墨烯夾層中的狀態，發現了不同于“最密堆積結構”的新型晶體結構。“簡言之，它的每一層不是正六邊形，而是正四邊形。”孫建說。

讀圖順序從左往右，同一層氦原子用同一種顏色表示。這組示意圖描述的是，在兩層石墨烯（用棕色鏈球表示）限制下，氦原子的結構從二維向三維演化，每一層內部呈現出從正六邊形向正四邊形演變的特征。（南京大學供圖）

論文通訊作者之一、2016年諾貝爾物理學獎獲得者邁克爾·科斯特利茨表示，進一步研究發現，隨著溫度升高，石墨烯夾層中的物質逐漸熔化，表現出一種不同于常規固態和液態的新狀態。“我們過去只在單層氦原子等二維系統中發現過類似特性，通過此次研究，我們將這一規律拓展到了多層體系。”

“新結構、新狀態，預示這些材料可能具有新奇的性質，有待科學界繼續探究。”孫建說，此次研究揭示了物質“從二維到三維”演變過程中的物理行為與底層機制，為今后開發前沿技術提供了重要理論參考。（記者陳席元）