科学家首次拍到金属熔化时原子静止的画面

材料的凝固方式在诸多自然过程（如矿化、冰形成、蛋白质纤维折叠）和技术领域（制药、航空、建筑、电子等金属基工业）中至关重要。为探索固体形成机制，英国诺丁汉大学与德国乌尔姆大学团队利用透射电子显微镜，借助独特的低压SALVE仪器观察熔融金属纳米液滴的凝固过程，成果发表于《ACS纳米》。

研究以石墨烯为“灶台”加热铂、金、钯等金属纳米颗粒。本应快速运动的熔融原子中，部分却因与石墨烯缺陷处的强键合而保持静止，且高温下键合仍稳定。团队通过聚焦电子束可制造更多缺陷，调控静止原子数量。实验还观察到电子的波粒二象性：电子既作为波成像，又作为粒子传递动量，能固定液态金属边缘原子，由此发现新物质相。

静止原子显著影响凝固：少量固定原子时，晶体会从液体中生长并扩展至整个颗粒；大量固定原子则干扰结晶。当静止原子形成“围栏”环绕液体，可使金属在远低于凝固点的温度（如铂低至350℃，比常规低超1000℃）保持液态。超低温下，围栏内液体凝固为非晶态固体（原子无序排列的金属），但极不稳定，仅在受限时存在，限制解除后会重组为晶体。

新发现的混合金属态意义重大。碳载铂是全球广泛使用的催化剂，受限液态的非经典相行为或改写催化机制认知，有望设计出高活性、长寿命的自清洁催化剂。此前纳米围栏仅实现于光子和电子，本研究首次实现原子围栏。通过排列固定原子，或构建复杂原子围栏，提高稀有金属在能源转换、储能等清洁技术中的利用效率，预示兼具固液特性的新物质形态可能出现。该研究由EPSRC的“MASI”计划资助。