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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