科學家驚見全新晶體結構！「贊根石」顛覆傳統認知
紐約大學研究團隊在探索晶體形成機制時，意外發現一種前所未見的棒狀晶體結構，徹底改寫我們對結晶過程的理解。
Zangenite晶體示意圖。圖片來源：Shihao Zang / NYU。
晶體是由粒子以重複模式排列組成的固態物質。過去科學界普遍認為，這種「從混沌中建立秩序」的自組裝過程，都遵循著可預測的經典生長模式。
然而最新研究顯示，晶體生長可能透過更複雜的路徑進行，而非總是按部就班地堆疊建構。
為深入觀察結晶過程，研究團隊採用由膠體粒子組成的晶體進行實驗。這些微粒雖比原子大得多，卻仍能在顯微鏡下直接觀察。「膠體粒子的優勢在於，我們能在單一粒子層級觀察結晶過程，這對原子級晶體幾乎不可能實現，因為它們實在太小且移動太快。」紐約大學Stefano Sacanna教授解釋道。
研究團隊透過精密實驗，觀察帶電膠體粒子在不同生長條件下，如何從鹽水懸浮液轉變為完整晶體。同時進行數千次電腦模擬，建立晶體生長模型來解釋實驗現象。
他們發現膠體晶體形成需經歷兩階段：首先粒子會凝聚成無定形團塊，隨後才轉變為有序晶體結構，最終產生多樣化的晶體類型與形狀。
在實驗過程中，博士生Shihao Zang注意到一種無法辨識的棒狀晶體。肉眼觀察下，它與實驗室已知晶體相似，但仔細檢視後發現其粒子組合獨特，且晶體尖端含有貫穿的中空通道。
研究人員比對上千種自然界晶體結構後仍找不到匹配案例，轉而透過電腦模擬重現相同結構。「這相當令人困惑，因為通常晶體結構緻密，但這種晶體卻有貫穿全長的空腔通道。」紐約大學Glen Hocky博士表示。
「結合實驗與模擬結果，我們確認這是一種全新晶體結構。」Sacanna教授補充道。團隊根據其化學組成將之命名為L3S4，但在實驗室會議中暱稱其為「贊根石」（Zangenite），以紀念發現者Zang。
「我們研究膠體晶體本是為了模擬原子晶體的世界，沒想到竟發現了自然界不存在的全新結構。」Zang驚喜地說。這項發現為探索中空低密度晶體的應用開闢新途徑，也可能引領更多新型晶體的發現。
Hocky博士指出：「贊根石內部的通道結構，與某些具有過濾或包覆功能的材料特徵相似。」Sacanna教授則認為：「過去我們認為觀察到新晶體結構的機會微乎其微，但現在看來，可能還有許多未被發現的結構等待我們探索。」
這項突破性研究成果已發表於《自然通訊》期刊。
S. Zang et al. 2025. Direct observation and control of non-classical crystallization pathways in binary colloidal systems. Nat Commun 16, 3645; doi: 10.1038/s41467-025-58959-0
