近日，我校物理科學與技術學院分析測試中心傘星源博士與西北工業大學、美國西北大學等單位合作，成功解析了球文石晶體結構的本質特征。相關工作“Unlocking the mysterious polytypic features within vaterite CaCO₃”以河北大學為第一單位發表在《Nature Communications》(2023, 14(1): 7858，DOI: 10.1038/s41467-023-43625-0 )，傘星源博士為論文第一作者。

碳酸鈣是自然界中最豐富的無機礦物與生物礦物之一，無水碳酸鈣一般具有方解石、文石、球文石三種晶型，相比于三方晶系的方解石和正交晶系的文石，球文石晶體在獲得X射線圖譜的百年以來，人們發現無論是六方還是正交結構或者其它空間群一直不能完美的描述其結構，球文石晶體結構因此存在著諸多爭議、懸而未決。真實的認識球文石晶體結構，對于其在生物醫藥、生物礦化、精細化工、現代光學等多領域的應用有著廣泛的幫助。由于球文石內部高密度的堆垛無序的結構，導致傳統光源方法面臨著巨大的挑戰，基于此，該項工作綜合利用多尺度透射電子顯微學方法、機器學習、第一性原理計算與分子動力學模擬，在球文石碳酸鈣的鈣原子直接成像基礎上，通過電子衍射和計算模擬，發現其具有多變體的偽六方單斜結構特征，并在原子級尺度上成功解析了其高密度層錯的結構，揭示了碳酸根基團在層間堆垛和層內旋轉的本質原因，這對于解析其他相關多型體結構具有重要意義。

                                                                                        圖1.球文石晶體的系列電子衍射

                                                                 圖2.球文石結構內部疇結構的層間錯排序列及模擬生長驗證

本工作得到了國家自然科學基金（51901065）、河北省自然科學基金（E2020201023）和河北大學高水平引進人才項目（521000981164）等資金支持。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-43625-0

（物理科學與技術學院、科學與技術創新研究院  供稿）