你见过四相共存的材料吗？

材料牛注：通常情况下，我们最多看到三相共存。在学习时，吉布斯相律也表明最多只是三相共存。东京大学Hajime Tanaka教授领导的研究小组已经表明，该相律在特殊情况下可以被打破，实现四相共存。

图注：红色正方形为四相共存点。表明在该温度和压力下三晶相 (dc，β-锡，sc16) 和液相共存。

东京大学的研究员们通过模拟证明了单一组分物质的四相在热平衡时可以共存（所有的部分都是在相同的温度和压强下），该现象违背了热力学定律（吉布斯相律）。研究结果不仅加深了我们对现有物质相平衡的基本认识，而且也可以应用于具有相变特性的功能材料的发展。

我们经常遇到同一物质的不同状态并存，如气、液、固相。例如，水（液相）和冰（固相）共存于刨冰。此外，气相、液相和固相的水，在一个特定的温度和压力下可三相共存。一般情况下，单一物质在热平衡时的共存相不会超过三相，这被称为吉布斯相律。

这就是说，通常被接受的单一成分物质最多可三相共存。然而，从数学角度讲，在特殊的条件下，四相共存是可能的。

由东京大学工业科学研究所Hajime Tanaka教授领导的研究小组已经表明，四相（三晶相和液相）可以通过引入一个额外的参数使其共存。此外，该小组系统地确定了四相共存时的特定温度和压力，并定义了围绕该点从一个相变成另一个相的相变行为。

这项研究不仅加深了我们对在热平衡相共存的基本理解，同时有益于功能相变材料的发展。它表明可以通过在四相相变点附近弱干扰诱导多个相变。

Tanaka说到，“在研究热力学时，我们被教导，在热平衡共存阶段相的化学势必须相等，通常由吉布斯相律表示。通常不会说，在特殊的情况下，这一相律会被打破。我们的研究表明，通过改变系统的相互作用势（通常是特定材料），我们可以找到系统的一个特殊的条件。我们希望这样的情况真正的实现，并在将来应用于材料的相的控制。”

原文链接：Study Shows Coexistence of Four Phases of Single-component Substance。

本文由编辑部杨洪期提供素材，于晗编译，点我加入材料人编辑部。