科技日报记者 刘霞
美国密歇根大学研究团队在量子力学模拟领域取得重大突破。他们首次模拟了准晶体的量子力学特征，证实了其基本稳定性。这项发表于最新一期《自然·物理学》杂志的研究，不仅深化了人类对固体物质原子结构的认知，更为利用先进计算技术设计新型材料铺平了道路。
准晶体是一种介于结构有序的晶体和结构混沌的玻璃态之间的物质形态，其原子如晶体般有序排列，又不像传统晶体那样呈现周期性重复图案。这种看似不可能存在的材料，曾长期被科学界视为理论假设。
1984年，以色列科学家丹尼尔·谢赫特曼首次发现了准晶体，随后科学家不仅在实验室合成出多种准晶体，更在古老陨石中发现了其天然存在。
尽管准晶体已被证实存在，但其形成机制始终是未解之谜。因为计算晶体稳定性的量子力学方法——传统密度泛函理论依赖无限重复的原子模式，而准晶体非周期性的结构特征让常规计算方法束手无策。
为攻克这一难题，研究团队创新性地开发出特殊算法：通过将大块准晶体分割为纳米颗粒，分别计算各颗粒能量，最终整合推导出整体能量。该方法成功验证了钪锌合金、镱镉合金两种典型准晶体结构的稳定性。
这项研究集结了美国得克萨斯大学、劳伦斯伯克利国家实验室等机构的超级计算资源。研究团队突破性地优化了处理器通信模式，仅用相邻处理器交换数据，将运算效率提升了百倍，且结合图形处理器加速技术，不仅实现了准晶体模拟，更为玻璃态材料、晶体界面及量子比特缺陷等研究提供了新工具。
新的量子力学模拟表明，准晶体虽与玻璃态等无序固体一样，可通过快速加热和冷却制备，但其本质还是与晶体一样，是一种稳定材料。
