主题：【电镜史话】五重旋转对称和二十面体准晶的发现--郭可信 (转载)

刚刚看了此文,感慨万千啊...

五重旋转对称和二十面体准晶的发现--郭可信 (转载)
kklogo 发表于 2004-11-28 6:42:00

  郭可信老先生是材料和金相方面的大牛,基本是与国外同行同时发现准晶的,并因此获得国家自然科学一等奖.

关于他的客观介绍请看: http://www.imr.ac.cn/jszg/200309(26)plus/41.htm

这是他自述的学术历程, 看老先生的自述,字字珠玑,实在是受益匪浅,强烈向大家推荐.
五重旋转对称和二十面体准晶的发现
郭可信


注: 原文链接在这里.


我早年曾在欧洲从事过近10 年的合金钢中的碳化物及合金相研究，除了Χ射线衍射外，还使用过当时还算比较新颖的电子显微镜。在1953年曾在Acta Metallurgica发表了3篇有关ηM6C，η2-（Ti,Ta）4Ni2C，Laves相和sigma相的论文。这些合金相的晶体结构中都有众多稍微畸变了的二十面体原子团簇。正二十面体是由20个正三角面围成的凸正多面体，5个正三角面围出一个正五重顶，通过每一对相对着的五重顶有一个五重旋转对称轴，通过每一对相对着的三角面中心有一个三重旋转轴；通过每一对相对着的棱的中点有一个二重旋转轴。二十面体点对称群的符号是235，立方晶系中四面体点对称群的符号是23，前者的对称性比后者高的多，相当于5个23点群对称地交叉在一起。

1956年春天，我在海牙读到周总理"向科学进军"的号召，深受感动，在五一节前回到北京，随后分配到金属研究所，直到1987年才转到新成立的北京电子显微镜开放实验室。前后在沈阳工作31年，时间不算短，又正值壮年。本应有所作为，但是生不逢时，前后赶上"大跃进"和"文化大革命"两次大动荡，我的基础研究一直没能在祖国大地扎根。幸好在打倒四人帮后迎来了科学的第二个春天，我才得以在1983年60岁时重新开始合金相的电子显微镜研究。我与叶恒强、李斗星同志合作在镍基和铁基合金中发现了一系列与sigma相和Laves相有关的四面体密堆合金相。我的研究生王大能在1984年夏在这些合金相的纳米畴中发现了五重旋转对称，张泽在1985年春发现了Ti-V-Ni二十面体准晶。我们五人共同的研究成果"五次对称性及Ti-Ni准晶相的发现与研究"在1987 年获得了国家自然科学一等奖。我总算在过了花甲之年后才做出一点成绩，以谢国人，也有了一些值得回忆的事。

大约是在1980 年的一天，王元明同志从北京回来对我说，他从中国科学院进口装备处了解到院里准备引进一两台电子显微镜。我随即去北京活动，向郁文秘书长立下军令状，保证在电镜安装后三年内做出出色成绩，就这样决定为金属研究所订购一台当时分辨率最高的JEM200CX透射电子显微镜。同时积极培养科研骨干。除了组织大家系统学习电子衍射动力学理论和高分辨电子显微镜成像理论外，还安排叶恒强先后去美国和比利时师从Cow1ey及Amelinckx，关若男去日本师从 Hashimoto，李斗星去瑞典师从Andersson，乔桂文去剑桥大学师从Howie，学习高分辨电子显微学。我和叶恒强、吴玉琨合著的《电子衍射图》也在1983年出版（科学出版社）。从日本引进的电镜也在1983年初调试好，就安排十几位研究生使用这台电镜做学位论文工作。大家排队一天三班倒使用这台电镜，实验室在夜里总是灯火辉煌，热闹非常。据统计，那几年这台电镜加高压的运转时间每年多达5000多小时，平均每天工作十几个小时，几乎每天都会有一些新结果，我也经常处于兴奋状态。至今我仍很怀念那时上下一心、忘我献身的精神。李斗星曾对我说过，有时忙了一夜，毫无结果，天已朦亮，人也疲惫不堪，眼睛酸疼，准备停机。但又不忍就此罢手无功而返，就又坚持一段。几经反复，终于在天大亮时找到一些新鲜结果，顿时喜出望外，所有的疲惫一下子都飞到九霄云外去了。这些经验告诉我们，坚持到最后一刻往往会得到意想不到的回报。

与基础研究告别了1/4 世纪后，一时不知从何下手，于是我们就在材料科学这个战场上摆开一条宽广的战线。由叶恒强带领张泽、张锦平、王大能做合金相研究；吴玉琨，黑祖昆带领赖宗和、郭永翔、蒋维吉做非晶态研究；李斗星带领秦禄昌、李膺海、张京做半导体研究；邹本三带领王岩国做矿物研究；关若男带领关庆丰做氧化物研究；乔桂文带领王龙做催化剂研究；杨奇斌带领王曾楣做高维晶体学的研究；王元明带领曲华、陈江华做电子模拟像计算；我自已带着张卫平做有机分子的研究。浩浩荡荡地开始了大规模的电镜"普查"。到了1984年夏，这些工作都取得一些进展，我们在1984年发表了7篇论文，另有7篇在印刷中。根据这些内容我和叶恒强主编了一本《高分辨电子显微学在固体科学中的应用》（科学出版社，1985）。研究工作中意义较大的结果有两方面。一是叶恒强和李斗星在镍基和铁基高温合金中发现了一些新的四面体密堆相（在高温合金界称拓扑密堆相，在物理界称Frank-Kasper相）和它们的畴结构。Laves相和μ相的不同相畴中的五角反棱柱（二十面体去掉上下两个五重顶）有相同取向，我们写了一组3篇论文投Phi1osophical Magazine。二是吴玉琨和黑祖昆在非晶合金晶化过程中发现一些亚稳相。到了这年秋天，王大能在叶恒强指导下发现了一个新的四面体密堆相—C相，其电子衍射图列的衍射斑点构成一个二维点列，周围有10个呈五重旋转对称的强斑点。随后又发现Laves相和μ相的电子衍射图也有此现象。中间的二维点列是晶体的正常衍射现象，反映这个合金相的周期性特征。周围的10个五重旋转对称的斑点是 "反常现象"，显示其非周期性特征。这是实验观察上的一个突破，值得进一步推敲，把感性认识上升为理性认识。经过认真分析，我们认为这是这些合金相中的不同相畴（取向差为720）中的五角反棱柱有相同取向的缘故。为了验证这个假想，计算了单个五角反棱柱的傅里叶变换，得出的最外圈的10个呈五重旋转对称的光学衍射斑点与实验观察得到的周围的10个电子衍射斑点相重。我们在1984年底写了一篇"正空间与倒易空间中的五重对称"论文投寄给 Ultramicroscopy，于1985年刊出。