通过中子散射了解复杂材料

材料研发的突破是促进技术进步的关键所在，这就要求科学家对材料结构和动力学有很好的理解。中子散射技术是探索材料本质的众多强大技术之一。城大的一名中子散射测量专家将这种最先进的实验技术应用于研究复杂材料的变形和相变行为，特别是在超低温下，开辟了材料研究的新领域。

物理学系讲座教授、系主任、美国中子散射学会会士王循理教授解释说：“中子散射就像一台巨大的显微镜, 可以揭示物质的结构和动力学，比如原子是如何堆积的，又是如何运动的，从而加強我们对物质性质的理解。 它可应用于物理、化学、生物学、生物医学、材料科学和工程。”

一台巨大的材料显微镜

由于中子是不带电的粒子，它们很容易穿透物质，而它们在物质上反射和散射的方式也为科学家提供了关于物质结构和特性的重要信息。

例如，由于非晶材料具有无序排列的原子结构，对其物理性质的研究一直非常棘手。不过王教授带领的国际研究小组利用中子散射技术克服了这一挑战，测量了锆铜铝(Zr-Cu-Al)金属玻璃中的原子动力学。他们首次证实了金属玻璃中高频横声学支声子的存在，这一发现为了解非晶材料的原子结构与其原子动力学的关系带来了新启示。

揭示高熵合金在超低温下的形变

通过使用原位中子衍射技术，王教授及其研究团队还发现高熵合金，一种由多种主元素组成的新型结构材料, 在超低温下表现出卓越的机械性能，其原因是多种变形机制的共同存在。研究团队首次揭示了高熵合金在超低温时出现各种变形机制的次序，开辟了很少有人研究的新领域。

王教授荣获“2021年裘槎优秀科研者奖”，并将利用该基金进行原位中子衍射实验，进一步研究高熵合金在超低温下的相变及变形行为。

靠近中子源设施的优势

王教授利用香港毗邻中国散裂中子源的地理优势，致力将香港打造为区内中子散射科学的中心。

他指出：“中国散裂中子源是中国最大的国家科学设施之一，位于东莞，离香港约两小时车程，为香港和区内的研究人员提供了大量的机会。由于目前世界上只有四台中子源，利用该设施进行实验和研究的需求巨大。”

因此，王教授与其团队成员得到香港研究资助局协作研究金的支持，大力推动中国散裂中子源建造一台多物理谱仪（全散射谱仪），以获得在中国散裂中子源使用一整套仪器的专用权。王教授表示：“这将大大促进香港的教育和科研活动的展开，并带动用户群体迅速增长。”

促进中子散射研究

 

王教授与中国科学院高能物理研究所陈和生教授在中国科学院高能物理研究所及裘槎基金会的赞助下，在城大共同成立了中子散射科学技术联合实验室，用以开展多项尖端研究项目。在香港的大学教育资助委员会联合实验室资助计划的支持下，王教授及其团队成员正在开发一个功能材料的同位素标记平台，以便在中国散裂中子源进行精确的结构识别。该项目利用中国散裂中子源的中子來研究结构和能源材料，旨在加强香港实验室的研究基础设施。

此前，在裘槎基金会的支持下，王教授开办了两年一度的裘槎中子散射暑期课程。王教授表示：“我很享受与来自不同背景的年轻研究人员互动。通过加强香港科学界与中国散裂中子源之间的合作，培育更多从事中子散射研究的科学家，我们希望香港能受惠于这项不断加强的科研活动。”

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