近日，國重/物理系譚鵬教授課題組與北京大學徐麗梅教授課題組合作，通過實驗與類比相結合，發現了超低溫下膠體帶電系統通過板誘導的無能壘、非擴散模式結晶，進一步展示了由於介面誘導的玻璃態力學不穩定性，實現了超低溫下晶體的快速生長。相關研究成果以《超低溫下晶體快速生長》（“Fast crystal growth at ultra-low temperatures”）為題線上發表於《自然材料》[Nature Materials].國重/物理系博士生高瓊，北京大學博士生艾靖東共同擔任該論文的第一作者，譚鵬教授為通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金、上海市科委、復旦大學等支持。
當液體高過冷時（低至0.1Tm），系統的擴散係數降低、幾何阻錯新增，這些特性會促進系統玻璃化，阻礙快速結晶。但是，近年來很多的實驗發現即使是在高過冷的情况下體系依舊可以結晶。其背後的微觀動力學機制現時還不是很清楚。
譚鵬課題組發現，超低溫下系統結晶的微觀動力學機制是無擴散模式。對溫度不敏感的粒子變有序的時間、粒子從無序變有序的時間內移動的距離小於晶格常數，如圖（a），（b）所示，說明了無能壘的結晶模式。粒子的頻繁碰撞導致粒子的協同運動，如圖（c）所示。結晶過程中的粒子協同運動以及無能壘的特徵表明了無擴散的結晶模式。
（a）不同溫度下粒子變有序所需時間的概率分佈（b）不同溫度下粒子移動距離的概率分佈（c）不同溫度下與時間有關的均方位移
他們進一步的說明了在超低溫下晶體依舊可以快速生長的機制是介面誘導的玻璃態力學不穩定性。低溫時，介面處粒子在xy平面的均方位移
會有一個顯著的增强效應。如圖（g），（h）所示。此外呢，說明了這種機制適用於長程-軟作用體系。如圖（i），（j）所示。
（g）xy平面的均方位移
均方位移隨著z的變化（h）z方向的均方位移
均方位移隨著z的變化（i）（h）不同相互作用體系的能景圖。
該研究有助於對晶體快速生長有更深的理解，可以預測哪種類型資料可以在超低溫下結晶，並且為我們如何穩定玻璃態（避免玻璃化）提供了重要的資訊。這些資訊對於相關工業應用有一定的指導意義。
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