全球顶级！陕西学者最新登上《科学》，硬核“评论”引发国际关注-

2022年3月25日，陕西科技大学于成龙副教授以“Comment on ‘Reversible disorder-order transitions in atomic crystal nucleation’”为题，在全球顶级期刊Science上发表了一篇评论文章。

经典成核理论认为，晶体的形成是由单体通过密度的波动进行直接“组装”而成，即所谓的不可逆转变。但是，在胶体、蛋白质和小分子体系中，成核过程却是非经典的两步成核机制：结晶初期会形成亚稳态的团簇，然后再转变为稳定的晶体，这就绕过了直接结晶所需的高能势垒。也就是说，结晶初期原子与团簇之间的动力学会显著影响这些非典型性成核过程。

为了阐明这些非典型的原子结晶过程，韩国首尔国立大学、韩国基础科学研究院的Jungwon Park，韩国汉阳大学的Won Chul Lee和美国劳伦斯伯克利国家实验室的Peter Ercius等人，采用原位电子显微镜，以毫秒分辨率，对金纳米晶体在石墨烯表面的非均相成核过程进行了研究，发现原子结晶的早期阶段是通过无序和有序（结晶态）之间可逆的结构涨落进行的，而不是通常认为的不可逆转变，同时采用第一性原理计算支持了这一结论。这一研究成果以“Reversible disorder-order transitions in atomic crystal nucleation”为题，发表在2021年1月29日的Science上。

2022年3月25日，陕西科技大学于成龙副教授认为韩美学者的理论计算存在一些问题，于是在Science上发表了一篇评论文章。首先，我国学者高度评价了上述研究成果，认为韩美学者以毫秒级分辨率直接观察到了金原子在结晶成核早期的无序和有序状态之间的动态结构变化，而且通过对原子团簇中大量的相关态进行统计分析和第一性原理计算证实了这种结构涨落，这一研究揭示了非典型性晶体成核阶段的基本原理。

但同时也指出，他们在统计分析方面存在两个错误：一是原文图3A中采用Sigmoid函数对结晶态时间分数（TFCS）曲线进行拟合，二是在理论分析中忽略了晶形的影响。

具体来说，韩美学者利用Sigmoid函数拟合TFCS曲线的尺寸演化，并且将曲线分成三个区域（图2A）。我国学者则将变化小于0.02 nm2的投影区域与TFCS一起求平均，这样可以保证每一个簇中金原子数量不变（图2B）。而且，用1和3 nm2这两个幻数（magic numbers）进行TFCS曲线划分不合理，因为它们没有统计学意义。从图1E也可以看到，采用不同的幻数，区域划分完全不同。

相反，采用具有统计意义函数的一阶和二阶差分数据进行分析更为合理，从一阶差分数据得到的临界尺寸S0，可以区分TFCS曲线从增加到减少的趋势；从二阶差分数据，可以根据TFCS曲线的增长趋势将其分为三个或者以上的区域。从图2F和图3的对比就能看出，经过修正后，两者完全不同。

此外，关于结晶过程中团簇晶型的变化，我国学者认为晶体形状对熔化温度的影响随着晶体尺寸的减小而变大，即使在晶体尺寸保持不变的情况下，TFCS曲线也可能由于晶型变化而发生改变。同时，韩美学者采用第一性原理计算金原子与半球形金纳米晶体之间的结合能似乎太过理想化，需要对极小晶体的单原子能量进行修正，这就是韩美学者拟合误差较大的原因。

于成龙副教授认为，利用更接近实际情况的理论计算，可以让我们更全面的了解单原子结晶成核过程。

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注：文章部分素材来自陕西科技大学新闻网、高分子科学前沿