你見過四相共存的材料嗎？

材料牛注：通常情況下，我們最多看到三相共存。在學習時，吉布斯相律也表明最多只是三相共存。東京大學Hajime Tanaka教授領導的研究小組已經表明，該相律在特殊情況下可以被打破，實現四相共存。

圖注：紅色正方形為四相共存點。表明在該溫度和壓力下三晶相?(dc，β-錫，sc16)?和液相共存。

東京大學的研究員們通過模擬證明了單一組分物質的四相在熱平衡時可以共存（所有的部分都是在相同的溫度和壓強下），該現象違背了熱力學定律（吉布斯相律）。研究結果不僅加深了我們對現有物質相平衡的基本認識，而且也可以應用于具有相變特性的功能材料的發展。

我們經常遇到同一物質的不同狀態并存，如氣、液、固相。例如，水（液相）和冰（固相）共存于刨冰。此外，氣相、液相和固相的水，在一個特定的溫度和壓力下可三相共存。一般情況下，單一物質在熱平衡時的共存相不會超過三相，這被稱為吉布斯相律。

這就是說，通常被接受的單一成分物質最多可三相共存。然而，從數學角度講，在特殊的條件下，四相共存是可能的。

由東京大學工業科學研究所Hajime Tanaka教授領導的研究小組已經表明，四相（三晶相和液相）可以通過引入一個額外的參數使其共存。此外，該小組系統地確定了四相共存時的特定溫度和壓力，并定義了圍繞該點從一個相變成另一個相的相變行為。

這項研究不僅加深了我們對在熱平衡相共存的基本理解，同時有益于功能相變材料的發展。它表明可以通過在四相相變點附近弱干擾誘導多個相變。

Tanaka說到，“在研究熱力學時，我們被教導，在熱平衡共存階段相的化學勢必須相等，通常由吉布斯相律表示。通常不會說，在特殊的情況下，這一相律會被打破。我們的研究表明，通過改變系統的相互作用勢（通常是特定材料），我們可以找到系統的一個特殊的條件。我們希望這樣的情況真正的實現，并在將來應用于材料的相的控制。”

原文鏈接：Study Shows Coexistence of Four Phases of Single-component Substance。

本文由編輯部楊洪期提供素材，于晗編譯，點我加入材料人編輯部。