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作者：斷章師爺 在 蘆笛自治區 發貼, 來自 海納百川
說說准晶體及其他（上）
斷章師爺
前段日子瑣事纏身，很長時間未來《蘆笛自治區》了。這些天仔仔細細地把未曾看過的文章補看了一遍。金嗩吶先生轉貼了一篇《2011諾貝爾化學獎與中國擦身而過》，犀利先生在跟貼中囑我「回來說說」。作為一種材料，晶體這個名詞倒是耳熟能詳，只是不知從何說起才好，因為從未接觸過准晶體。既然犀利先生點了名，我也已經「回來」，只能勉為其難來「說說」它了。
自從10月5日，以色列理工學院的Dan Shechtman榮膺2011年諾貝爾化學獎后，「准晶體」頓時成了網路上的熱門字眼，有關的文字鋪天蓋地。倘若想了解什麼是「准晶體」的話，只要在網路上搜索一陣，完全可以選擇到適應各種不同程度的文章。《WIKI》上「准晶體」那條欄目就寫得很好，中文版的《維基》大體上譯自英文，但是刪節了一些內容。當然想大致了解一下的話也足夠了。
好多年前，法國國家科學研究中心（CNRS）的D. Gratias教授曾來我們系裡做過一個準晶體的講座，當時像聽新聞似地聽了一遍，也沒有留下很深的印象。日前我從資料室里找到了他當年的講稿，借出來瀏覽了一遍。這樣吧，讓我再當一迴文抄公，把有關內容摘錄一些，以饗蘆區網友。但是很多術語的中文譯名我不清楚，只好根據自己的意思撰譯。謬誤在所難免，盼高人指正。
眾所周知，晶體是具有對稱性的，即相同的晶面、晶棱和角頂在空間可以作有規律的重複。因為格子的構造是晶體的一種內在本質，晶體的對稱除了體現在幾何外形上，同時在其光學、力學、熱學、電學等物理性質上也都可以反映出來。所以對稱可以作為晶體分類的最好依據。
對稱操作時需要的幾何要素，如點、線、面等都是晶體的對稱要素，通常包括對稱中心（centre of symmetry）、對稱面、對稱軸、倒轉軸（rotary-inversion axis）和旋轉反映軸（rotary-reflection axis）。
對稱中心是一個假想的點，通過該點作任意直線，線上距該點等距離的兩端都可找到對稱點。對稱軸是一根假想的直線，當幾何圖形圍繞對稱軸旋轉一定角度后，可使相等部分重複。旋轉一周重複的次數稱為對稱軸的次數。晶體中的對稱軸有一次、二次、三次、四次和六次，對應的轉動角度分別是360°、180°、120°、90°和60°。顯然一次對稱軸沒有實際意義，因為晶體圍繞任一直線旋轉360°都可回復原狀。對稱面是一個假想的平面，將晶體圖形分成互為鏡像的兩個相等部分。根據對稱要素，可以將晶體分為3個晶族：低級晶族（一次）、中級晶族（二次）、高級晶族（三次以上）；7個晶系：三斜晶系（無對稱軸和對稱面）、單斜晶系（二次軸和對稱面都不多於一個）、斜方晶系（二次軸或對稱面多於一個）、三方晶系（一個三次軸）、四方晶系（一個四次軸）、六方晶系（一個六次軸）、等軸晶系（四個三次軸）；32個對稱型：2個三斜晶系、3個單斜晶系、3個斜方晶系、5個三方晶系、7個四方晶系、7個六方晶系、5個等軸晶系。晶體的所有對稱要素相交於中心，對稱操作時中心點不動，因此對稱型也稱為點群。
但是晶體中不可能出現五次對稱軸或高於六次的對稱軸，因為它們不符合空間格子的規律。根據幾何的圖形知識，可知圍繞二次、三次、四次和六次對稱軸所形成的多邊形，都能不留任何間隙地布滿平面，也即符合空間格子的網孔。但是垂直於五次、七次和八次對稱軸所形成的正五邊形、正七邊形和正八邊形卻都不能毫無間隙地布滿空間。可以很方便地將硬紙剪成面積相等的正多邊形來做拼圖遊戲。在二次（矩形）、三次（正三角形）、四次（正方形）和六次（正六邊形）情況下都可以拼成一個不留空隙的平面。但是五次（正五邊形）、七次（正七邊形）和八次（正八邊形）就不行。例如用6個正五邊形拼成的平面中間會留有一個菱形的空隙（菱形的兩對內角分別是36°和144°）；6個正七邊形拼成的平面中間會留有一個啞鈴狀八邊形（八邊形兩旁的六個內角都是102.86°，中間向內凹進的二個內角都是231.44°）；6個正八邊形拼成的平面中間會留有二個隔開的小正方形。可見它們都不符合空間格子的網孔。這一規律稱為晶體的對稱定律。
早在1982年D.Shechtman 和 I.Blech想通過急冷使鋁中熔入較多的錳、鉻、鐵等合金元素髮生固熔強化作用，就在鋁-錳合金中發現了五次對稱衍射圖，其顆粒的點群為m35。這與傳統晶體學的對稱性相矛盾，所以他們遲遲未曾發表。直到1984年秋在加州大學Santa Barbara分校理論物理中心召開的一次討論會中聽到普林斯頓大學理論物理中心的 P.J.Steinhardt介紹他們的計算結果，不但液體結構中近鄰取向序是二十面體對稱，固體也如此。於是，D.Shechtman等將他們的結果用「長程取向有序和沒有平移對稱性的金屬相」為題發表在《物理學評論通信》（PRL) 53 卷20分冊上，文中開宗明義地指出「我們觀察到一種長程有序的金屬固體，具有20面體對稱性，然而不符合晶格的平移對稱。其衍射斑點像晶體般尖銳，但是不能用Bravai格子來標識。這種固體是亞穩定的，是通過熔體的一級轉變形成的」。（A metallic solid ,Al-14-at%-Mn ,with long-range orientational order but with isosahedral point group symmetry, which is inconsistent with lattice translations. Its diffraction spots are as sharp as those of crystals but cannot be indexed to any Bravais lattice. The solid is matastable and forms from the melt by a first-order trasition.see D. Shechtman et al.Metallic Phase with long/range orientational order and no translational symmetry，Physical Review Letters Vol.53 No.20.) 不久D. Levine和P. J.Steinhardt也在《物理學評論通信》發表了標題為「准晶：一種新的有序結構」的文章 （Quasicrystals: A New Class of Ordered Structures，Physical Review Letters Vol.53 No.26)，第一次提出「准晶」（quasicrystals)這個名詞，並說這是「准周期晶體（quasiperiodic crystal )的簡稱。
這類物質不久之後被陸續發現，受到許多學者的重視。在五次旋轉對稱的准晶之後，已相繼發現了八次、十次和十二次旋轉對稱的准晶，它們都具有明銳的電子衍射圖，表明其相結構長程有序 。它們被認為是介於非晶態和結晶態之間的一種新物態 准晶態。准晶也可以定義為由兩種(或兩種以上) 具有長程准周期平移有序和長程取向有序的「原胞 」在空間無限重複構成的物質。高次軸多於一個的對稱軸組合，相當於正多面體中對稱軸的組合。共有四面體、八面體、正方體、正五角十二面體和正三角二十面體等五種。后二者因為有與格子構造不相容的五次對稱軸，在過去的結晶學中是被排除的。准晶的發現，使二十面體的探討又被提出來。就配位數為12而言(配位數coordination number，是晶格中與某一原子相距最近的原子個數。)二十面體在能量上應是一種合適的配位形式。12次配位的形式可見於立方最緊密堆積晶體結構中，在這種結構中，所有的配位原子都是等效的，但每個配位原子周圍的原子不是均等分佈的。通常每個配位原子與周圍配位原子聯線的交角中，兩個對頂角為90°，另兩個對頂角為60°，角度分佈為90°、60°、90°、60°。也可見於六方最緊密堆積晶體結構中，在這種結構中配位原子不是等效的，聯線交角都是60°，能量分佈均勻，配位原子之間的斥力能達到平衡，應是最為穩定的。因此，對單個原子孤立的12次配位來說，二十面體配位是一種最理想的形式。只是由於幾何原因，它不能聯結成空間格子構造，在晶體中規則的二十面體配位不能存在。但對大小相近的離子在其形成配位體時，是有形成二十面體配位的傾向的。這一客觀規律是物質組成過程中，特別是由無序混沌狀態開始向規律組織發展的初期應起重要作用，在准晶、生物界這一規律的搭配發揮得很好。
下面擬介紹一下與准晶有關的基本概念。
准晶的分類
按照準晶的准周期維數可以分為一維准晶、二維准晶和三維准晶。（1）一維准晶是具有周期性平移對稱的二維晶層在其法線方向呈准周期堆砌。（2）二維准晶是在主軸方向上呈周期性平移對稱，與主軸正交的平面呈准周期排列，有八次、十次和十二次旋轉對稱軸的准晶，其中十次旋轉對稱軸的最多。（3）三維准晶是在三維空間場作準周期排列，主要為二十面體，包含6個五次對稱軸、10個三次對稱軸和15個二次對稱軸。
按照熱力學穩定性可以分為類亞穩准晶和穩定準晶。（1）亞穩准晶處於熱力學亞穩態，溫度升高時為降低系統自由能將發生晶化轉變。亞穩准晶多數用快速凝固法製備，早期獲得的准晶基本都為亞穩准晶。（2）穩定準晶以熱力學穩定態存在，在較高的溫度下也穩定。最早發現穩定準晶的是台灣旅日物理學家蔡安邦教授，1987年他在實驗中發現鋁-銅-鐵合金體系可以製備成具有熱力學穩定性的准晶。（A. P.Tsai，A. Inoue, T. Masumoto, A stable quasicrystal in Al-Cu-Fe system. Jpn. J. Appl. Phys. 1987, 26, L1505-L1507. ）
准晶的結構模型
准晶體系的原子結構極為複雜，是幾何、代數及群等多門學科的研究對象，模型的類別繁多，通常按維數區分。可以分為一維Fibonacci數列模型，二維Penrose拼圖模型和三維Penrose堆砌模型。
（1）我們知道Fibonacci數列的前幾項分別是：1、1、2、3、5、8、13……。數列的每一項等於前二項之和，當數列趨向無窮大時，後項與前項之比為1.61803……，也即黃金分割數。Fibonacci數列的結點是可以描述的，所以雖然該數列沒有周期性，卻有準周期性，對應的物理體系是長程有序又能產生明銳的衍射斑點。所以Fibonacci數列可以用來描述一維准晶的結構模型。（2）二維Penrose拼圖不是晶體圖形，因為圖中沒有晶胞周期性的排列特徵，但也不是非晶體圖形，因為並非完全無序，而具有嚴格的拼鋪規則。 因此拼圖具有一種不嚴格的長程平移對稱性，可稱之為準周期性。此外圖中的菱形串可分為5族，族間夾角為 72°的整數倍，它們類似於晶面，也能反射電子束，形成具有五次旋轉對稱性的衍射圖譜。所以Penrose拼圖可以用來解釋二維准晶現象。（3）三維Penrose堆砌體模型，採用2個每個面都是菱形的六面體作為拼砌單元，按照一定的規律，可以填滿整個三維空間，形成三維Penrose堆砌體，包含了許多取向相同的二十面體，因此具有五次旋轉對稱軸，因為這個堆砌體是由2種結構單元按一定規律堆砌的，所以沒有長程平移對稱性，卻具有準周期性。用這種三維Penrose堆砌體模型描述一些過渡族元素的准晶體系，計算得到的准晶點常數與由衍射圖譜得到的實驗數據相當吻合。
准晶的缺陷
相對於理想的准晶模型，實際准晶體的結構是相當不完善的。它們的衍射峰寬度都比較大，與理論計算數值的位置比較常常發生偏移。這種結構缺陷主要可分為聲子(phonon)、相子(phason)和位錯(dislocation)三類。
（1）組成准晶體的粒子會偏離平衡位置作小幅振動引起格波(lattice wave)，這種格波的量子稱為聲子，會產生位移場，導致准晶密度的相位改變，在倒易空間就引起Bravai峰位的移動和變寬。（2）相子是用來描述准周期結構引起准晶密度波相位改變的另一個變數，它描述了准周期結構拼塊的錯排，也就是指理想完整拼砌中的某些局部區域出現違反確定排列規律的現象。引入一個矢量描述由於錯排引起的密度波的相對相位變化，該矢量的微分稱為相子。（3）藉助於顯微技術分別在鋁—錳—硅和鋁—鋰—銅的二十面體准晶中獲得了位錯的高分辨電子顯微象和衍射象。證實了位錯現象也存在於准晶中。准晶位錯周圍分佈著許多分立的的錯排點，也即相子應變場，它們的運動或消失都以高溫擴散方式進行。所以准晶位錯的可動性比晶體位錯的可動性要低得多。
最後，簡單介紹一下准晶體的應用。
（1）准晶材料在表面改性材料中的應用
將准晶材料以塗層或薄膜的形式塗覆於其它材料的表面，主要利用它的不粘性、耐熱、耐磨、低的摩擦係數、耐腐蝕及特殊的光學性能，來改變材料表面的性質，優化整體材料的性能。例如鋁-鈀-錳准晶的不粘性可以與聚四氟乙烯相比。此外採用鋁-銅-鐵准晶材料，加上鉻元素以提高耐腐蝕性，採用熱噴塗或等離子噴塗將該准晶粉末沉積在基體表面，以油浸入准晶孔隙形成油膜降其低表面能從而提高不粘性。
（2）隔熱材料
在研究准晶的熱導性時發現，由於准晶的電子傳輸過程與組成它的金屬原子很不一樣，其導熱係數很小，比不鏽鋼要低一個數量級，因此可以用作隔熱材料。如鋁-鈷-鉻-鐵准晶體系可以塗覆在航空鎳基材料表面作為熱障塗層。
（3）太陽能工業薄膜材料
准晶具有特殊的光學性能(高的紅外傳導率)和足夠的熱穩定性 (抗氧化及擴散穩定性)，可以應用於太陽熱能工業,例如以銅為基底，將厚度約10nm 的鋁-銅-鐵准晶薄膜置於兩層絕緣薄膜之間，構成多層結構，具有太陽能工業要求的選擇吸收性質。
（4）准晶相作為時效強化相
例如新型馬氏體時效鋼(鐵-鎳-鉬-銅-鈦體系)，時效強化相是鐵-鉻-鎳-鉬-硅准晶，在475°C高溫，時效4小時形成，經過1000小時仍保持穩定。可見准晶顆粒是熱力學平衡析出的，該鋼經回火處理后，其抗拉強度為 3000MPa，可以用作醫療外科器材。
（5）准晶納米顆粒增強鋁基合金
將納米尺度的准晶顆粒（例如鋁-鉻-銫-鈷體系和鋁-錳-銫-鈷體系等，准晶顆粒的尺寸為30到50nm）分佈到鋁基合金中，可以提高合金的拉伸強度、延伸率和高溫強度。
（6）顆粒增強複合材料
增強顆粒為鋁-銅-鐵以及鋁-銅-鉻等准晶體系，基體材料包括金屬材料(主要是鋁基)和聚合物材料。可望用於軸承和齒輪等耐磨件。
（未完待續）
| 說說准晶體及其他（下） 時間: 2011-10-22 周六, 下午8:17 |
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作者：斷章師爺 在 蘆笛自治區 發貼, 來自 海納百川
說說准晶體及其他（下）
斷章師爺
本文上半篇主要談事，這下半篇想談人。Dan Shechtman是出生於特拉維夫的材料科學家，以色列理工學院材料科學教授。1982年4月8日，他發現了一種二十面體相，從而開拓了准周期晶體的新領域，因此榮膺2011年諾貝爾化學獎。
為此，有些國人很不忿。有惋惜中國科學家與諾貝爾獎又緣慳一面（曾榮昌：「我國材料科學家與2011諾貝爾獎化學獎擦肩而過」）；也有埋怨諾獎委員會有眼無珠（科學網：「准晶諾貝爾獎這次被中國科學家撞上了，但是被諾委會忽視了！！！」）；更有譴責諾獎委員會頒獎不公的（劉實：「准晶諾貝爾獎授給一個人不公平，應該同時給中國人」）。
今年國人為何如此群情激憤呢？其實也事出有因。那是因為已故的物理冶金和晶體學家郭可信院士（1923-2006）和他的團隊確實在准晶領域中做出了不容忽視的成績。1985年郭可信院士領導的研究組發現了五次旋轉對稱的鈦-釩-鎳二十面體准晶；1987年發現了八次旋轉對稱的釩-鎳-硅和鉻-鎳-硅准晶體系；1988年發現了穩定的鋁-銅-鈷十次旋轉對稱准晶體系。此後，准晶研究在大陸材料科學領域中成了一門顯學，郭院士本人也榮任過一屆亞太電鏡學會聯合會主席。
這兒，我暫且把郭院士和義憤填膺的愛國人士放一放，先簡短回顧一下Dan Shechtman是如何發現准晶的。
1982年D.Shechtman在急冷鋁-錳合金中發現了五次對稱衍射圖,他無法解釋這一現象，著了迷似地陷入了深沉的思考之中。當時，幾乎所有 D.Shechtman的同事都認為這個結果其實只是晶體的孿生現象。然而D.Shechtman並不信服，研究組的領導要求他把這個問題擱在一旁另外開題，他卻不肯放棄，仍孜孜以求地沉湎其中。結果開罪了領導，要求他離開研究小組。D.Shechtman不得不調到另一個研究小組，他繼續尋求幫助和支持，卻處處面對冷遇和嘲諷。甚至有人給了他一本教科書，當面翻開其中的一頁要他認真複習一遍關於孿晶的那段文字。即使遭遇到這種難堪，D.Shechtman仍然堅信他的發現中蘊藏著一個尚不為世人接受的神秘世界。只有材料工程系的Ilan Blech教授認真地傾聽了他的嘮叨，並建議兩人合作，共同致力於他的發現。不久I.Blech就從五邊形的對稱現象發展出一個模型：在三維空間稱之為二十面體的旋轉對稱，這是一個具有20個面積相等的三角形組成的幾何體。1984年夏天，D.Shechtman應他的長期合作者美國國家標準局高級科學家J.W. Cahn之邀去馬里蘭。D.Shechtman在那兒將他與I.Blech寫的文章寄給《美國應用物理雜誌》（Journal of Applied Physics）。不久就收到編輯拒絕刊登的回信，因為物理學家不會對這樣的文章感興，建議他改投冶金雜誌。（The article would not reach the proper readers and suggested the auther send it to a metallurgical journal）。D.Shechtman接受編輯的建議，改投《冶金學會刊》（Metallurgical Transactions），文章倒是被接受了，但是擱置了將近一年都未曾發表。失望的D.Shechtman 去找J.W. Cahn，後者起初也持保留態度，說這可能是五次孿晶，在金、銀、金剛石、硅、鍺中常見。可是許多現象還是解釋不通。和D.Shechtman工作了一段時間后J.W. Cahn就樂於和他一起討論這個令他著迷又給他痛苦的發現。他們邀請法國晶體學家Denis Gratias加盟，他是國際數學結晶學方面的權威（拙文上半部分依據的就是D. Gratias的講稿，他的正文不足30頁，附錄長達50多頁，都是各種令人眼花繚亂的群算式和點陣圖形）。他們三人經過多次討論，做出了不少解釋，但是因為與傳統結晶學的周期性相矛盾，所以遲遲不敢發表。直到1984年秋D. Gratias聽到普林斯頓大學理論科學中心的P.J.Steinhardt介紹他在凝聚態物理中的計算結果，不但液體結構中近鄰取向有序是二十面體對稱，對於固體同樣也適用。他們的信心這才大大增強，於是三人合作把原來的那篇文章進行改寫，使之更其簡潔完美。他們把I.Blech的名字列為第四個作者，然後送到《物理學評論通信》雜誌。可能是添上J.W. Cahn和D. Gratias大名的緣故，情況大為改善，提交后不久，在1984年11月《物理學評論通信》（PRL）53 卷20分冊上就發表了D.Shechtman、I.Blech、D. Gratias和J.W. Cahn四人聯名的那篇「長程取向有序和沒有平移對稱性的金屬相」。該文現在已被譽為開拓准晶紀元的文章。文章一經發表，反映如潮，世界各地的科學家都紛紛打電話或寫信給D.Shechtman說「我們做過了，我們看到了你以前看到的。」 （We did it and we see what you saw.）在該文發表數月後召開的一次國際數學晶體學年會上佔壓倒多數的與會者討論的是D. Shechtman的文章。1986年，籌備召開了第一次專題討論准晶的國際學術會議。那麼多的研究者重複得到了D. Shechtman的結果，這一事實使他感到既欣慰又困惑。為什麼國際結晶學界如此長時間都迴避准晶呢？除了從合作者那兒獲取有力的支持外，D. Shechtman需要對於他的發現進行一些認真的思索。他通過透射電鏡進行了大量艱苦細緻的深層次研究，而不是滿足於尋找一些有用的急冷合金。同時，D. Shechtman必須直面的還有一個仍然不相信他、譏嘲他、甚至攻擊他的世界。反對者行列中有一位大名鼎鼎的L.Pauling，他是兩次諾貝爾獎獲得者。L.Pauling憑直覺「破譯」過不少晶體結構，其中最出名的就是鎂32(鋁,鋅)49。他在體心立方點陣的頂點上放一個空心的二十面體，再在20個三角形上放20個原子構成了一個有十二個正五角形的五角十二面體；再在這12個正五角形中心上放12個原子就構成了30個菱形組成的三十面體；每個菱形的兩個三角形上放2個原子，這60個原子就構成了一個由正五角形和正六角形的組成的如C60那樣的多面體；再在正五角形及六角形上放一個原子就構成大三十面體；所有這些不同的殼層都滿足五次對稱要求。這些大三十面體的體心立方排列就是鎂32(鋁,鋅)49的結構。用這個模型計算出的X射線衍射強度與實驗觀察的結構相符。這篇傳世的傑作，發表在1957年《結晶學報》（Acta Crystallographica)上。可是在准晶發現后，L.Pauling卻全力以赴地反對準晶，一而再再而三地說這是五次孿晶，不是准晶。L.Pauling在《自然》雜誌（Nature)關於准晶的通訊中甚至斥責為「胡說八道」 (nonsense)，在《物理學評論通信》等雜誌拒絕發表他的論文後，又在美國科學院院報(PNAS)上連篇累牘地鼓吹孿晶學說，作為院士他有權不經審查在院報上發表任何文章。L.Pauling堅信晶體具有周期性一說，因此就不能接受五次對稱，儘管他搞了一輩子的五次對稱結構單元而且是貢獻極大的人。國人不知出於何種心理，將L.Pauling指責為學閥和學霸，好在他老人家早在17年前已升天國，這些謾罵聲是聽不到了。其實，他生前早已被國人斥責為「唯心主義在化學界中的代表」。關於L.Pauling在大陸的遭遇，在後面再介紹。
D. Shechtman在《物理學評論通信》上發表的文章只是萬里行程的第一步而已。在幫助他確認準晶樣品以後，I.Blech就離開了以色列理工學院去矽谷從事微電子產品的開發。J.W. Cahn成了國家標準技術所的榮譽研究員，並在1989年獲得了美國國家科學獎。D. Gratias則是法國微結構實驗室的常務主管。D. Shechtman仍然留在理工學院，其中除了從事過5年將化學蒸汽沉積在金剛石方面的工作之外，他幾乎把全部精力和時間都耗費在准晶的研究上。D. Shechtman付出的心血得到了酬謝，從1986年獲得 Friedenberg基金會頒發的高級科學和教學的物理學獎后，他先後獲得了包括Wolf物理學獎、Rothschild 工程獎、以色列國家科學獎和歐洲材料研究學會獎等11項獎狀。最後迎來了2011年的諾貝爾化學大獎。
在10月5日的諾貝爾化學獎新聞發布會上，瑞典皇家理工學院的Lars Thelander教授宣布將2011年度的諾貝爾化學獎頒發給D.Shechtman的理由是 「發現了准晶」（for the discovery of quasicrystals），接著他介紹道「……我們在准晶中發現了阿拉伯世界令人著迷的馬賽克在原子層面上的再現:那些規則圖案絕不重複它們自己。然而，在准晶中發現的這種組態被認為是不可能的，Dan Shechtman不得不打了一場劇烈的戰爭來對抗公認的科學。2011年諾貝爾化學獎已經從根本上改變了化學家如何設想固體物質的。」（In quasicrystals, we find the fascinating mosaics of the Arabic world reproduced at the level of atoms: regular patterns that never repeat themselves. However, the configuration found in quasicrystals was considered impossible, and Dan Shechtman had to fight a fierce battle against established science. The Nobel Prize in Chemistry 2011 has fundamentally altered how chemists conceive of solid matter. ）。
綜上所述，可見D.Shechtman折取2011年度的諾獎桂冠是實至名歸。因為他榮膺的諾獎「從根本上改變了化學家如何設想固體物質的」，這完全符合A.B.諾貝爾先生的遺願：「在化學上有最重大的發現或改進的人」（the person who shall have made the most important chemical discovery or improvement）。
現在回過來將郭院士率領的團隊取得的成績與國際同行比較一下，是很有意思的。郭可信和Zhang，Z.等發現鈦-釩-鎳五次對稱電子衍射圖是在1984年11月，文章發表已經是1985年了。D.Shechtman發現鋁-錳五次對稱電子衍射圖是在1982年4月8日，他將結果保留在一個記事本中，文章則在1984年11月發表。也就是說郭院士他們的發現比D.Shechtman整整晚了2年。郭可信和Wang，N.等發現八次旋轉對稱的准晶體系是在1987年，然而瑞士的T.Ishimasa,則在1985年就發現了鎳-銅准晶體系的十二次旋轉對稱。郭可信和He, L.X.等1988年發現了鋁-銅-鈷十次旋轉對稱的穩定準晶體系，日本東北大學的蔡安邦則在1987年發現了鐵-銅-鋁二十面的穩定準晶體系。後者在諾委會的評審報告中被稱為「成功確定準晶結構的一個非常重要的因素」。可見在准晶領域發展歷史的每一個里程碑式突破上，郭院士他們總是稍稍「滯后」於國際同行一步。篡改一下Neil Armstrong的那句名言：這是准晶實驗競賽中相差的一小步，卻是准晶歷史發展上相距的一大步。打個比方來說，在百米決賽中緊隨Usain Bolt越過衝刺線的那一二位選手儘管成績也很搶眼，歡呼和掌聲卻與他們基本無緣，勢利的記者們更不肯把閃光燈稍稍移動一下去關注他們的。
那麼，諾委會把獎金給D.Shechtman一個人是否對中國人歧視呢？倘若同時頒發給幾個人的話，中國人輪得到嗎？且不說郭可信院士去世已經5年，即使他還健在的話，分享諾獎的機會恐怕也不大。不說別人，至少I.Blech、D. Gratias和J.W. Cahn這三人就都有資格享受准晶發現者的榮耀。此外，P.J.Steinhardt的理論工作絕對是創立准晶概念的指路明燈。其實他的主要興趣在粒子理論和宇宙起源，他是那兩個領域中的佼佼者。他和D. Levine兩人對準晶體系進行了深入的理論研究，從數學和物理兩個方面對了解這一全新的體系作出了不可磨滅的貢獻。為此他獲得了美國物理學會頒發的2010年度的 Oliver Buckley 獎。P.J.Steinhardt對於准晶領域的貢獻絕對是出類拔萃的。准晶這個術語就是他提出來的，然而，D.Shechtman本人並不喜歡准晶這個術語，希望稱之為準周期材料。准晶的定義是「一類具有介於晶體的有序結構和氣體的無定型結構之間的不規則的重複的原子結構排列特徵的固體物質。」 （a class of solid materials characterized by an irregular, repetitive structural arrangement of atoms that is intermediate between the orderly structure of a crystal and the amorphous structure of a glass）。
所以國人在網路上發泄的情緒是否值得認真關注，就見仁見智了。
下面想談談L.Pauling 「在中國」的遭遇。L.Pauling（1901—1994）是著名的量子化學家，他在化學的多個領域都有過重大貢獻。曾兩次榮獲諾貝爾獎（1954年化學獎， 1962年和平獎）。他自1930年代開始致力於化學鍵的研究，1939年出版了在化學史上有劃時代意義的《化學鍵的本質》一書。這部書徹底改變了人們對化學鍵的認識，將其從直觀的、臆想的概念升華為定量的和理性的層次，在該書出版后不到30年內，共被引用超過16000次，至今仍有許多高水平學術論文引用該書觀點。由於L.Pauling在化學鍵本質以及複雜化合物物質結構闡釋方面傑出的貢獻，他贏得了1954年諾貝爾化學獎。
L.Pauling出生在Portland市的中國城旁，2歲就學會用中文從1數到10，對中國的算盤也十分好奇。1939年，他在加州理工學院任化學系主任期間，盧嘉錫(前中國科學院院長)是他的科研助手。L.Pauling生前曾兩次訪問過中國。第一次是在1973年9月，當時正值文革中美關係解凍時期。這是一次民間性質的訪問，由中科院副院長吳有訓教授出面邀請。1981年80歲高齡的L.Pauling第二次到了中國，參加在天津舉辦的國際營養學學術會議，並訪問了北大。
然而，早在1950年代初期，中國化學界對於L.Pauling的名頭就很熟悉了，那時他尚未獲得諾貝爾化學獎。之所以出名是因為他提出的共振理論被當作了偽科學的典型。將近半個世紀前，我在大學二年級的有機化學教科書介紹苯分子的結構時就被告誡共振論帶有唯心主義色彩。共振論是化學中表示分子結構的一種方法，是價鍵理論的重要組成部分。該理論認為，對於無法用一個經典結構式來表達的分子、離子或自由基，可以通過若干經典結構式的共振來表示。共振中的結構並不存在，真實粒子也並非這些共振結構的混合物或平衡體系，只是因為價鍵理論中無法用單一結構式來準確表達物質的結構，所以藉助共振的概念。這個概念由L.Pauling在1928年提出，「共振」一詞（Resonance）來源於用量子力學法處理氫分子時，產生的兩個耦合振子的經典系統。
由於意識形態的不同，蘇聯科學界從四十年代起就開始了一場對「資產階級科學」的批判。當時批判的主要對象有：生物學中Morgan 的基因論、物理學中的「量子力學唯心理論」、化學中L.Pauling的共振論及工程學中Wiener的控制論等。批判的高潮階段為1951年蘇聯科學院化學部的「有機化學中化學結構理論問題討論會」。當時的中國緊隨其後，也陸續開展肅清資產階級科學的活動。始作俑者是中宣部原副部長、中央黨校原副校長龔育之。他不僅翻譯了凱德洛夫的 「反對有機化學中的唯心論和機械論」 一文，還親自撰寫了「反對化學中的唯心論和機械論：蘇聯科學界討論有機化學中化學構造理論問題的情況和意義」方舟子寫的「偽科學之爭 妖魔化何祚庥院士的背後」文中為何院士辯護：「如果說批基因論還與何祚庥沾了點邊的話，批『共振論』則純屬污衊」。然而，龔育之的訪談錄中卻回憶到是何祚庥去找他，讓他寫一篇文章批評共振論，他就答應了。文章中的觀點，一些是他自己的，一些則是同何祚庥討論之後提出來的。
《科學通報》1952年第3期發表的「蘇聯化學界對化學構造理論『共振學說』的批判」專集。專集收錄了「有機化學中化學構造理論問題討論會底決定」和「有機化學中化學構造理論問題全蘇聯討論會述評」，幷轉載了「反對有機化學中的唯心論和機械論」和「論化學中的一種馬赫主義理論及其宣傳者」等具有代表性的批判文章。專集概述了討論會的主要情況和此前「化學構造理論問題討論」的大致過程；認為共振論具有「機械還原論」和「馬赫主義唯心論」的哲學特徵，是「反動」的理論。
1953年中國化學會召開了「「有機化合物結構理論討論會」，籌備小組在《化學通報》上發表了《有機化合物結構理論討論會總結》。自然這不是一場「討論會」，而「整風會」和「批判會」。在這樣的一種政治環境下，為共振論辯護，將要承受多少附加的政治風險？不能以無名小卒自居的大化學家們，自然不能簡單選擇沉默的。量子化學家唐敖慶撰寫了「肅清化學構造理論中的唯心主義」，他以化學教授的身份闡述了自己對於蘇聯化學批判的看法，幷按照思想改造的要求表明了自己支持蘇聯批判共振論的立場。結構化學家徐光憲教授也發表了「中介共振論的批判」，這篇文章認為 共振論是「主觀虛構」，具有「唯心論實質」；共振論的方法論基礎是馬赫的「思維經濟」原則；它是「化學中的馬赫主義」，共振論的危害性不僅在於「妨礙了分子結構理論的健全發展」，而且還在於「和其它各門科學中的唯心論共同組成了一個反動戰線，來反對唯物論。」 然而，該文同時大篇幅地介紹了共振論的主要內容，事實上是一篇難得的學習共振論的普及教材。物理化學家黃子卿教授在回國前是研究金屬鍵的，這個研究跟共振論有聯繫，他當時研究的這個方向正處於科學的前沿。回國后碰上批判共振論，覺得不好再繼續這個研究了，就搞別的去了。
以上東搜西羅了一些資料，胡亂捏合成篇，就此帶住吧。
（全文完）
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