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研究發(fā)現(xiàn)二氧化鍺熔體中存在三配位的鍺原子
中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所研究員萬(wàn)松明團(tuán)隊(duì)與上海大學(xué)高品質(zhì)特殊鋼冶金與制備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授尤靜林團(tuán)隊(duì)合作，在二氧化鍺熔體中發(fā)現(xiàn)了三配位的鍺原子。相關(guān)成果近期發(fā)表于《自然-通訊》。
固態(tài)物質(zhì)存在兩種主要形式：晶體和玻璃體，均孕育于高溫熔體。高溫熔體的結(jié)構(gòu)關(guān)系到熔體的宏觀性質(zhì)、晶體的生長(zhǎng)機(jī)理和缺陷的形成規(guī)律、玻璃體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，是物理、化學(xué)、材料、地學(xué)等多個(gè)學(xué)科關(guān)注的重要基礎(chǔ)問(wèn)題之一。但是，由于缺乏有效的分析手段，極大限制了人們對(duì)熔體結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)。
作為一種基礎(chǔ)材料，二氧化鍺熔體的結(jié)構(gòu)多年來(lái)備受關(guān)注。普遍的觀點(diǎn)認(rèn)為：在二氧化鍺熔體中鍺原子周圍至少存在四個(gè)配位氧原子。基于前期研究的基礎(chǔ)上，近期，萬(wàn)松明團(tuán)隊(duì)采用高溫拉曼光譜實(shí)驗(yàn)技術(shù)與密度泛函理論計(jì)算方法，通過(guò)研究二氧化鍺熔體拉曼光譜中位于340和520 波數(shù)兩個(gè)特殊振動(dòng)峰的結(jié)構(gòu)起源，在二氧化鍺熔體中發(fā)現(xiàn)了三配位的鍺原子，顛覆了對(duì)鍺氧結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)認(rèn)知。這一結(jié)果有望平息對(duì)二氧化鍺熔體結(jié)構(gòu)近半個(gè)世紀(jì)的爭(zhēng)論。
研究人員進(jìn)一步分析二氧化鍺熔體的電子結(jié)構(gòu)結(jié)果，揭示了在二氧化鍺熔體中不僅存在穩(wěn)定的Ge-O鍵，也存在不穩(wěn)定的Ge-O鍵，從分子層次詮釋了二氧化鍺熔體兼具流動(dòng)性與粘滯性的根本原因。
研究人員介紹，三配位鍺原子的發(fā)現(xiàn)為認(rèn)識(shí)鍺酸鹽熔體結(jié)構(gòu)提供了新的視角，將有助于更好地理解鍺酸鹽晶體和玻璃的形成過(guò)程、缺陷結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。此外，二氧化鍺作為二氧化硅的同類物質(zhì)，其熔體結(jié)構(gòu)的研究成果也有望為地質(zhì)和礦物學(xué)研究提供新思路。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-023-42890-3
