香港科技大學首次實現在單粒子尺度上直接觀測晶體的均勻熔化
香港科技大學（科大）物理學系韓一龍教授及其研究團隊首次以物質單粒子尺度上直接觀測晶體均勻熔化過程，以及液體最初出現的情況，對科學界多年來有關晶體熔化前出現缺陷的爭論，給出首個實驗解答。除此之外，韓教授及研究團隊成員，包括王梓任、王峰、彭毅及鄭中玉更首次測出了膠體晶體的受熱極限。上述研究成果已在最新一期世界頂級學術期刊《科學》刊登。
熔化和結晶是自然界物質中常見的相變現象，如最常見的是冰變成水和水結成冰，過往一直缺乏基礎理論作闡釋。其實在相變最初階段所形成的液體核，在熔化過程中有著關鍵的作用，不過由於原子或分子太小，活動速度太快，而且無法深入晶體內部進行觀察，因此成核的微觀動態過程一直未能清晰展示。為解釋有關現象，軟物質物理領域近年利用微米大小的膠體粒子作為「大原子」以模擬研究小原子尺度上運動。由於膠體粒子與原子的行為類似，也可以形成晶體，比如歐泊寶石（俗稱蛋白石）便是其中一種膠體晶體，研究人員可以直接通過光學顯微鏡觀察粒子的熱運動，並利用影像處理瞭解粒子運動軌跡。
晶體如何均勻熔化也是科學界的長期疑問，因為晶體一旦達到熔點就會從表面或缺陷處發生非均勻熔化。如果能排除缺陷並阻止表面熔化，晶體受熱超過熔點也可以不熔化，形成過熱晶體進而實現均勻熔化。韓一龍教授及研究團隊巧妙利用光束把熱敏膠體單晶內部加熱成過熱晶體，首次成功從單粒子尺度上觀察到晶體均勻熔化中的液體成核過程；並發現成核是由晶體內部局部強震動，加上幾個粒子的相互交換位置而造成的，並不是如過去科學界通常認為成核是先形成缺陷再從缺陷處所長出的。同時，研究團隊還首次測量膠體晶體最多能被加熱至超過熔點20%，這個過熱極限與大多金屬類似。
韓一龍教授表示：「我們進行了一系列的定量測量，以實際的數據揭示了經典成核理論之外的現象，澄清了一些相關的學術爭議，並加深了科研人員對成核熔化微觀過程的瞭解，又為完善均勻成核熔化的理論提供了重要依據。同時，我們的實驗為單粒子尺度上觀測固固相變、單個缺陷或雜質如何影響熔化行為等基礎材料物理的研究，首次建立了實驗基礎。」
韓一龍教授於 2007 年加入科大物理學系擔任助理教授，分別在北京大學及美國芝加哥大學取得學士學位及博士學位，並在美國賓夕法尼亞大學完成博士後研究。
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