近日，我校物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院分析測試中心傘星源博士與西北工業(yè)大學(xué)、美國西北大學(xué)等單位合作，成功解析了球文石晶體結(jié)構(gòu)的本質(zhì)特征。相關(guān)工作“Unlocking the mysterious polytypic features within vaterite CaCO₃”以河北大學(xué)為第一單位發(fā)表在《Nature Communications》(2023, 14(1): 7858，DOI: 10.1038/s41467-023-43625-0 )，傘星源博士為論文第一作者。

碳酸鈣是自然界中最豐富的無機(jī)礦物與生物礦物之一，無水碳酸鈣一般具有方解石、文石、球文石三種晶型，相比于三方晶系的方解石和正交晶系的文石，球文石晶體在獲得X射線圖譜的百年以來，人們發(fā)現(xiàn)無論是六方還是正交結(jié)構(gòu)或者其它空間群一直不能完美的描述其結(jié)構(gòu)，球文石晶體結(jié)構(gòu)因此存在著諸多爭議、懸而未決。真實(shí)的認(rèn)識球文石晶體結(jié)構(gòu)，對于其在生物醫(yī)藥、生物礦化、精細(xì)化工、現(xiàn)代光學(xué)等多領(lǐng)域的應(yīng)用有著廣泛的幫助。由于球文石內(nèi)部高密度的堆垛無序的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致傳統(tǒng)光源方法面臨著巨大的挑戰(zhàn)，基于此，該項(xiàng)工作綜合利用多尺度透射電子顯微學(xué)方法、機(jī)器學(xué)習(xí)、第一性原理計(jì)算與分子動力學(xué)模擬，在球文石碳酸鈣的鈣原子直接成像基礎(chǔ)上，通過電子衍射和計(jì)算模擬，發(fā)現(xiàn)其具有多變體的偽六方單斜結(jié)構(gòu)特征，并在原子級尺度上成功解析了其高密度層錯的結(jié)構(gòu)，揭示了碳酸根基團(tuán)在層間堆垛和層內(nèi)旋轉(zhuǎn)的本質(zhì)原因，這對于解析其他相關(guān)多型體結(jié)構(gòu)具有重要意義。

                                                                                        圖1.球文石晶體的系列電子衍射

                                                                 圖2.球文石結(jié)構(gòu)內(nèi)部疇結(jié)構(gòu)的層間錯排序列及模擬生長驗(yàn)證

本工作得到了國家自然科學(xué)基金（51901065）、河北省自然科學(xué)基金（E2020201023）和河北大學(xué)高水平引進(jìn)人才項(xiàng)目（521000981164）等資金支持。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-43625-0

（物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院、科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院  供稿）