金属玻璃中，晶体形成时局部有序与密度涨落同时诞生

发生了什么

• 九位研究人员（作者包括Xu、Wang、Cao和Ding）于2026年11月6日在PNAS上发表了一项关于无序材料中结晶如何开始的研究。
• 结晶出现在药物、冶金、聚合物、生物分子和玻璃形成等领域，但它在最早阶段是如何进行的，仍不清楚。
• 对玻璃形成液体的研究曾提示，晶体诞生于结构上已预先有序的区域，而密度涨落只起次要作用。这一想法是从硬球胶体推广而来的。
• 团队在无序金属体系中表明，成核过程中密度涨落与结构预有序是同时出现的。

为什么重要

• 结晶是一个普遍的过程，理解它的第一步有助于控制它：或是避免它，如制造金属玻璃时；或是促进它。
• 这一结果修正了一个来自模型体系的推广，并在真实的金属上对其进行了检验。
• 作者提出了无序材料中成核的统一框架。

关键数字

从纯元素到合金。 研究在一系列无序金属体系中观察到了这一行为，从纯元素、金属间化合物到玻璃形成合金，这使结果具有普遍性。

背景

他们描述的这种耦合，反映的是局部的原子重排，其中自由体积的减少、更致密的堆积和键取向序是一同发展的。它们并不是先后依次发生的过程。

金属玻璃是没有晶体结构的合金，制造它需要冷却得极快，快到原子来不及排列。了解有序是如何开始的，有助于判断阻止它还有多大空间。

摘要没有说明分析方法，也没有说明研究了多少个体系，而本笔记只依据摘要写成。因此，这一结果应被理解为对一种流行看法的修正，而不是关于成核的定论性理论。

在相关话题上，Mamífero 还发布过：氧化铜同时向外和向内生长；一块一米长的钛单晶被3D打印出来；香港理工大学（PolyU）推出一种在低温下仍保持强度和延展性的合金；哥伦比亚大学通过干涉把电子波困在金属中。

接下来

• 其他研究组可以检验这种耦合在非金属无序材料中是否成立。
• 结晶模型可以纳入有序与密度同时出现这一点。
• 对成核更精细的理解，可能有助于设计更稳定的金属玻璃。

一句话总结

晶体似乎并不是先以一种方式、再以另一种方式诞生。有序与密度一同出现，这改变了人们看待第一步的方式。

来源

• Xu, Wang, Cao, Ding 等，“Coupling of structural preordering and density fluctuation: A unified picture of nucleation in metallic glasses”，PNAS，2026年11月6日，DOI 10.1073/pnas.2613542123。本笔记依据论文摘要写成。
• 封面图片：NASA肯尼迪航天中心 / NASA/Kim Shiflett，公有领域，来自 Wikimedia Commons

编辑：Rodrigo Cornejo。我们如何挑选和核实：谁在写这些笔记。