在高溫下，二維氧化鈦的結構被打破，並在加入鋇後形成由四個、七個和十個原子組成的環，而不是典型的六邊形。來自哈雷-維滕貝格馬丁路德大學（MLU）的一個研究小組與馬克斯普朗克微結構物理研究所、格勒諾布爾阿爾卑斯大學和美國蓋瑟斯堡國家標準與技術研究所合作，發現了這種原子的非週期性排序。

一個由不同大小的環組成的子結構將自己無縫嵌入到一個六邊形結構中。資料來源：馬丁路德大學哈雷-維滕貝格分校

他們的研究解決了從金屬氧化物中形成二維準晶體的奧秘，最近發表在《自然通訊》雜誌上。

“六角形在自然界中經常被發現。最著名的例子是蜂窩，但石墨烯或各種金屬氧化物，如氧化鈦也形成這種結構。六邊形是周期性排列的理想模式，”MLU物理研究所表面和界面物理組的研究員Stefan Förster博士解釋說。”它們如此完美地結合在一起，沒有任何縫隙。”

2013年，該小組在鉑金基底上沉積了一個含有氧化鈦和鋇的超薄層，並在超高真空中加熱到約1000攝氏度時，有了一個驚人的發現。原子排列成三角形、正方形和菱形，這些三角形、正方形和菱形組合成甚至更大的具有12條邊的對稱形狀。一個具有12倍旋轉對稱性的結構被創造出來，而不是預期的6倍週期性。

根據福斯特的說法，”準晶體被創造出來，具有非週期性的結構。這種結構是由高度有序的基本原子團組成的，即使這種有序性背後的系統性對觀察者來說是難以辨別的。”來自哈雷的物理學家們是世界上第一個證明在金屬氧化物中形成二維準晶體的人。

自他們發現以來，這種準晶體的形成機制仍然令人費解。MLU的物理學家現在與來自哈雷馬克斯-普朗克微結構物理研究所、格勒諾布爾-阿爾卑斯大學和美國國家標準與技術研究所（美國蓋瑟斯堡）的研究人員合作，解決了這個謎題。利用精心設計的實驗、高能計算和高分辨率顯微鏡，他們表明，高溫和鋇的存在創造了一個分別有四個、七個和十個原子的鈦和氧環的網絡。

“鋇既打破了原子環，又穩定了它們，”領導該聯合項目的Förster解釋說。”一個鋇原子嵌入一個七原子環中，兩個嵌入一個十原子環中”。這是可能的，因為鋇原子與鉑金支撐物發生靜電作用，但不與鈦原子或氧原子形成化學鍵。

通過他們的最新發現，研究人員所做的不僅僅是澄清了一個基本的物理學問題。Förster說：”現在我們對原子層面的形成機制有了更好的理解，我們可以嘗試在其他與應用相關的材料（如金屬氧化物或石墨烯）中按需製造這種二維準晶體。我們很高興能夠了解這種特殊的排列方式是否會產生全新的、有用的特性”。

這些實驗是作為”超週期晶體：結構、動力學和電子特性”項目的一部分進行的，該項目由德國研究基金會和法國國家研究機構資助。