近日，南方科技大学物理系讲席教授何佳清团队首次成功合成了纯单质非晶钯，相关成果以“Single-element amorphous palladium nanoparticles formed via phase separation”为题发表在中国期刊Nano Research上。
固体物质的结构可以分为晶态和非晶态，它们的区别在于原子排列的有序性。在元素周期表中，几乎所有单质元素的常见晶态结构都能被找到，但是目前为止，并非所有元素单质都能够呈现出非晶态。因此，是否所有元素都具有单质非晶态，一直是物理学上的一个重要谜题。另外，单质非晶材料对于理解非晶物质的结构和本质（曾是Science期刊提出的125个重要难题之一）也具有重要意义。
单质非晶材料为亚稳态，极其难以获得，在制备过程中一般都需要极端条件。目前获得单质非晶材料的主要思路是通过将材料加热熔化后再快速冷却，在凝固过程中，通常冷却速度需要超过结晶速度（>1012K/s），从而使得原子排列能够呈现无序化。即使是这样，在金属中也只有为数不多的几种体心立方元素（如：钽、钒、钨）能够被冷却至非晶态，对于密堆积元素却鲜有报道。
单质非晶钯于2016年初在何佳清教授的《先进电子显微学》课程实验中被发现，经过多年与国内外单位的多次反复论证，终于首次成功合成纯单质非晶钯。在本研究工作中，研究人员发现单质非晶钯能够通过一种相分离机制形成。研究人员通过加热使得钯和非晶氮化硅产生化学反应从而形成钯硅共熔体。在冷却的过程中，利用氮化硅衬底对硅凝固的促进作用产生相分离，从而使钯发生较大程度过冷。因为整个衬底为非晶态，继而凝固的钯原子排列也呈现出无序化。研究人员利用这种机制，无需太快的冷却速度即可以得到数百纳米的单质非晶钯。通过三维原子探针测得非晶钯纳米颗粒的纯度为99.35±0.23%，这超过了商用单质钯的纯度。
钯是一种非常经典的晶相调控模板材料，非晶钯可能诱导形成多种非晶贵金属，进而为它们的应用提供全新的调控自由度。本研究也为在温和条件下合成单质非晶材料提供了一种新的思路。
该工作得到了国家自然科学基金、广东省领军人才计划、广东省自然科学基金、深圳市科技创新委员会和南科大高水平二期亮点项目资助。南方科技大学分析测试中心和超算平台也给予了本研究大力支持。