一些材料会呈现出超出常规预期的表现，例如断裂方式与传统判断不一致，或对外界刺激的响应难以用既有模型解释。研究人员通常将原因追溯到原子结构：材料是像盐、钻石那样具有长程有序的晶体，还是像玻璃那样缺乏长程有序的非晶体。

特温特大学研究团队近日报告称，他们制备出一种同时包含“有序”与“无序”特征的新型材料：在两个方向上呈无序状态，而在第三个方向上保持完美的周期性有序。相关研究成果已发表在《自然通讯》上。

在材料科学中，晶体与非晶体的区分已沿用逾百年。晶体具有严格重复的原子排列模式，而非晶材料则不具备这种长程重复结构。特温特大学研究人员马克·惠本表示，人们通常将“有序”或“无序”视为材料整体属性，但该团队的工作显示，这种属性也可能具有方向性。

层内无序、层间有序

据研究团队介绍，这种材料由极薄的层状结构构成：每一层内部不存在重复的排列模式，表现为非晶态；但这些非晶层在堆叠方向上以严格周期性顺序排列，从而在垂直于层面的方向形成有序结构。

研究人员安德烈·滕·埃尔斯霍夫将其类比为一叠纸张：单张纸上可能是随机文字，从上方观察难以发现规律；但整叠纸张在堆叠方向上仍可保持平整与规则。研究团队称，他们在原子尺度上观察到的现象与此相似。

电子显微镜与X射线验证结构特征

研究的关键在于证明材料层内确实不存在“隐藏的重复”。为此，团队使用电子显微镜对单个原子位置进行绘制，并进一步借助X射线检测更大尺度上是否存在规律结构。

研究人员指出，晶体在X射线散射中通常呈现清晰且固定的图案，而非晶材料则表现为缺乏固定重复的弥散信号。在该材料中，团队同时观测到两类特征：一个方向出现清晰信号，另外两个方向则呈弥散图案。滕·埃尔斯霍夫表示，团队希望确保未遗漏任何细微重复结构，并称目前结果表明“无重复”可以被验证。

对有序与无序二分法的补充

惠本表示，长期以来非晶与晶体常被视为两个极端，而该材料显示二者可在同一结构中共存，并提示有序与无序的界限可能与观察方向相关。

滕·埃尔斯霍夫称，许多新材料的性能依赖于介于非晶与晶体之间的结构形态，该研究提供的结构认识有助于在特定应用中进行性能优化。