近日，我校物理科学与技术学院分析测试中心伞星源博士与西北工业大学、美国西北大学等单位合作，成功解析了球文石晶体结构的本质特征。相关工作“Unlocking the mysterious polytypic features within vaterite CaCO3”以河北大学为第一单位发表在《Nature Communications》(2023, 14(1): 7858，DOI: 10.1038/s41467-023-43625-0 )，伞星源博士为论文第一作者。
碳酸钙是自然界中最丰富的无机矿物与生物矿物之一，无水碳酸钙一般具有方解石、文石、球文石三种晶型，相比于三方晶系的方解石和正交晶系的文石，球文石晶体在获得X射线图谱的百年以来，人们发现无论是六方还是正交结构或者其它空间群一直不能完美的描述其结构，球文石晶体结构因此存在着诸多争议、悬而未决。真实的认识球文石晶体结构，对于其在生物医药、生物矿化、精细化工、现代光学等多领域的应用有着广泛的帮助。由于球文石内部高密度的堆垛无序的结构，导致传统光源方法面临着巨大的挑战，基于此，该项工作综合利用多尺度透射电子显微学方法、机器学习、第一性原理计算与分子动力学模拟，在球文石碳酸钙的钙原子直接成像基础上，通过电子衍射和计算模拟，发现其具有多变体的伪六方单斜结构特征，并在原子级尺度上成功解析了其高密度层错的结构，揭示了碳酸根基团在层间堆垛和层内旋转的本质原因，这对于解析其他相关多型体结构具有重要意义。
图1.球文石晶体的系列电子衍射
图2.球文石结构内部畴结构的层间错排序列及模拟生长验证
本工作得到了国家自然科学基金（51901065）、河北省自然科学基金（E2020201023）和河北大学高水平引进人才项目（521000981164）等资金支持。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-43625-0
（物理科学与技术学院、科学与技术创新研究院 供稿）
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