新南威尔士大学的研究人员唐剑波博士(左)和Kourosh Kalantar-zadeh教授
”久别的人，必须团结;长团结，必有分裂。它一直都是这样。”
伟大的中国历史小说的开篇三国演义将其复杂而壮观的故事浓缩成一个连贯的模式，即权力集团在动荡的战斗年代周期性地分裂和联合。
一个好的哲学或定理具有普遍的含义。现在发表在杂志上自然的合成，来自澳大利亚、新西兰和美国的科学家报告了一种新的凝固模式，类似于中国经典小说中的情节，但这次出现在凝固的液态金属表面。
研究小组将银(Ag)等少量金属溶解在镓(Ga)等低熔点溶剂金属中，并研究了金属液体混合物(合金)凝固时，金属成分如何相互作用并分离形成图案。
研究人员发现，单一的银-镓体系可以产生不同的图案，如银的粒子或束状结构2Ga化合物。
Ag-Ga合金凝固过程中表面图案的形成(光学显微镜)
个体银2构建图案的Ga结构很小，厚度只有微米或纳米，比人类的头发小几十或数百倍。
最令人惊讶的是，研究人员观察到这些模式以重复的方式分裂和结合。“当我第一次看到这种循环发散-收敛模式时，它立即让我想起了《圣经》中著名的开场白三国演义这项研究的第一作者、新南威尔士大学(UNSW，澳大利亚)的唐剑波博士说。
图案形成是一种基本而又普遍存在的现象，长期以来一直引起科学家们的兴趣和启发。有些模式类型比其他模式更常见。
上图:发散的表面图案从“种子”(从左到右)向外扩散，与收敛的图案(从右到左)相遇。下:固化Ag-Ga合金表面的振荡分岔图案(扫描电镜图像)
在所有不同的模式行为中，发散模式形成或分岔在自然界中经常见到，因为这种特殊的排列通常有利于能量的转换或分配。“也就是说，这是‘最简单’的路径，”唐博士解释道。河流网络、树枝、闪电路径和血管系统都是分岔的例子。
相比之下,收敛模式增长，或逆分岔，遇到较少的频率，因为它是相反的能量有利的分岔。
奇怪的循环发散型和收敛型生长，称为振荡分岔，是罕见的，并没有在凝固组织中观察到的新发表的工作。
尽管如此，研究人员在几种凝固后的液态合金表面观察到了振荡分叉模式，这表明这种反直觉的行为对于液态金属表面形成的凝固模式是相当普遍的。
(a-c) Ag-Bi合金和(d,e) Bi-Ga合金中观察到的振荡分岔模式的例子。扫描电子显微镜(a,b,d)和能谱(c,e)
类似于戏剧化的小说，在大量的权力集团之间和内部的湍流力量驱使这些集团分裂和联合，研究小组发现，液态金属表面的不稳定性也是奇异振荡分岔模式出现的基础。
“液态金属合金的表面图案形成是一个新的但令人兴奋的话题。该过程的表面或界面性质使我们能够更好地理解和控制基本的相变和模式形成。”唐博士补充说:“我们将继续利用液态金属设计晶体表面图案和结构，以实现等离子体传感、高效电子和光学以及高精度光谱学等尖端应用。”
这项研究
左:种子表面凝固过程延时，箭头表示表面凝固锋的传播方向。中心:扫描电子显微镜显示多个不同模式的表面子域。右图:表面图案的原子力显微镜。
实验在新南威尔士大学先进固体和液体电子与光学中心(CASLEO)进行，由CASLEO主任Kourosh Kalantar-Zadeh教授领导。
两个分子动力学模拟小组，一个由Salvy Russo教授(澳大利亚皇家理工大学)领导，另一个由Nicola Gaston教授(MacDiarmid先进材料和纳米技术研究所和新西兰奥克兰大学)进行了超级计算机模拟，以提供对这一现象的原子洞察。与加斯顿教授团队的合作是通过澳大利亚研究委员会未来低能电子技术卓越中心(FLEET)建立的。
除了汇集了来自两个参与节点(新南威尔士大学和RMIT)和一个合作组织(MacDiarmid)的FLEET研究人员外，这项工作还结合了两个ARC卓越中心:FLEET和激子科学中心。
Ag原子(粉红色)和Ga原子(灰色)的初始和最终(50皮秒)原子构型在一个分子动力学模拟中看到
液态金属种子表面凝固引起的振荡分岔模式发表于自然的合成2022年2月。DOI: 10.1038 / s44160 - 021 - 00020 - 1
作者:唐剑波，Stephanie Lambie, Nastaran Meftahi, Andrew J. Christofferson, Jiong Yang, jialoo Han, Md. Arifur Rahim, Mohannad Mayyas, Mohammad B. Ghasemian, Francois-Marie Allioux, Zhenbang Cao, Torben Daeneke, Chris F. McConville, Krista G. Steenbergen, Richard B. Kaner, Salvy P. Russo, Nicola Gaston和Kourosh Kalantar-Zadeh。
除了来自的支持澳大利亚研究理事会(桂冠奖学金，卓越中心和发现计划)这项工作也得到了澳大利亚政府通过国家计算基础设施设施及Pawsey超级计算机中心．