我们日常生活里经常都在和玻璃打交道，玻璃是最普遍应用的材料之一，具有广泛的实际和技术用途。除了用于窗户的钠钙玻璃外，还有许多其他类型的玻璃，如金属玻璃。

玻璃是一种非结晶的无定形固体，熔解的玻璃经过迅速冷却而成形。虽为固态，但各分子仍冻结在液态的分子排布状态。玻璃相材料神秘而特殊：从外面看，材料表现得像固体，但从内部结构看，它像液体一样无序，这种非金属、非液体材料的详细结构一直是科学界的一大谜团。

香港城市大学物理系系主任王循理教授教授共同领导的研究团队对玻璃结构取得了突破性的发现，发现非晶和结晶金属玻璃具有相同的结构积木，正是这些块之间的连接性区分了材料的结晶态和非晶态，从而揭示了玻璃固体与其结晶对应物之间的结构联系。

王教授表示，“玻璃的结构一直是一项巨大的科学挑战。”与由称为晶胞的基本构件的周期性堆叠（长程有序）组成的结晶固体不同，玻璃材料没有长程有序。但是玻璃材料在短程(2-5)和中程(5-20)甚至更长的长度尺度上都具有有序结构。

然而，由于材料的无定形性质导致缺乏对比度，科学家们很难通过实验确定中程有序的性质。因此，无定形材料与其结晶对应物之间是否存在中等范围或更长时间尺度的结构联系仍然是一个科学谜。进一步使问题复杂化的是，无定形材料通常会结晶成不同成分的相，具有非常不同的底层结构构建块。

为了克服这一挑战，该研究团队通过精确控制高温下金属玻璃（钯-镍-磷(Pd-Ni-P)合金）的加热来捕获中间结晶相。

该研究团队随后采用了不同的先进结构分析技术，包括高分辨率透射电子显微镜、高精度同步加速器X射线衍射、和自动计算机图像分析。通过比较非晶态和中间晶态的金属玻璃（合金）的结构，该团队发现两种形式的合金共享相同的构建块，即一个六元三端三角棱镜簇(6M-TTP)，由钯、镍和磷的原子。该团队还得出结论，正是簇之间的连通性区分了结晶态和非晶态。

如图所示(a)红球是Pd和Ni原子，蓝球代表P原子。橙色多面体代表富含Pd的小簇，蓝色多面体代表富含Ni的小簇。仅显示部分小集群以供说明。图(b)：边缘共享方案构建6M-TTP集群示意图。

王教授说，我们的实验研究表明，连接非晶态和结晶态的结构构建块，例如Pd-Ni-P金属玻璃的三角棱镜簇，可以很好地扩展到中等长度尺度，大约为几十埃（)，这是非晶材料的普遍特征。这一发现有力地表明，玻璃的结构与其结晶对应物的区别主要在于结构构建块的连接性。

了解无定形材料的分子结构对于新材料的设计至关重要，结构决定了性能。该实验研究揭示了非晶材料在扩展长度尺度上的结构。

该研究成果论文，题为“连接非晶态和结晶态的中程结构基序”，发表在《自然材料》上。

文章来源于量子认知

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