长期以来，“有序与无序”是凝聚态物理研究的核心议题之一；传统图景中，晶体的有序来自原子周期性排列，往往伴随平移或旋转对称性的破缺；而玻璃等非晶材料虽工程上应用广泛，却因结构缺乏周期性而被视作无序的代表。围绕此对立格局，科学界持续追问：是否存在一种不依赖对称性破缺、却仍然高度有序的物态？换言之，在不生成重复晶格图案的前提下，物质能否实现“深层的结构秩序”？ 针对这一基础问题，中国科学技术大学研究团队从“空间位阻”这一微观几何约束出发，给出了新的回答。研究提出，“有序”并不必然等同于周期结构，也可能体现为粒子在空间中以最优方式填充与堆积，从而以更高效率减少空隙与浪费空间。在这一思路下，团队定义了不依赖具体对称性的位阻有序参数，并在此前研究中论证其具有明确的热力学含义。基于该参数的引导，研究人员在二维多分散粒子体系中，将热力学演化过程与优化算法结合，成功获得满足吉布斯纯相条件的全新物态，并将其命名为“理想非晶体”。 这一物态的关键难点在于“如何识别其有序”。在缺少已知对称性破缺的情况下，常用的结构表征往往难以捕捉其秩序来源。为此，研究团队跳出以对称性为中心的传统框架，提出“相干路径”概念，并据此发展了类似路径积分的空间关联表征方法。该方法能够在更一般的结构序意义上刻画粒子之间的长程关联，使晶体序成为这一广义结构序的特例，从而为理解“非周期条件下的有序”提供了新的分析工具。 从影响层面看，研究对理想非晶体的基本物性表征显示，它在外观上仍呈现非晶体系常见的“无规则排列”，但在多项关键性质上却表现出接近晶体的特征，突破了“非晶难以兼具高稳定与可预测性”的固有印象：其熔化过程中出现势能突变，呈现类似一级相变的特征，显示出突出的热力学稳定性；低频振动谱更接近理想德拜声子模式，弱化了非晶体系常见的低频准局域振动与玻色峰特征；在力学响应上趋于完全仿射，使其弹性行为更可预测；同时表现出“超均匀性”，即大尺度密度涨落受到抑制，为材料一致性提供了更强保障。这些结果提示，高度有序并非晶体的“专利”，非晶体系同样可能通过不同机制获得稳定、均匀和可控的材料特性。 面向应用与政策层面的启示在于，理想非晶体所体现的“最优位阻堆积”与“长程关联表征”两条线索，或将为非晶材料的定向设计提供新的抓手。当前高强韧金属玻璃、耐磨涂层、精密光学材料以及低损耗器件材料等领域都依赖非晶体系的性能平衡，但其结构不可控与性能波动仍是制约因素之一。若能够更把位阻有序参数与可控制备路径、结构表征体系结合，有望提升非晶材料的稳定性与一致性，并为跨尺度预测模型提供更坚实的物理基础。当然，有关成果目前仍以理论与模型体系验证为主，如何拓展到更复杂的三维体系、如何与实验制备条件和实际材料成分相衔接，仍需后续研究持续推进。 从前景看，这项工作不仅提出了一种新的物态概念，更重要的是提供了一套面向“无对称性破缺有序”的研究范式：以热力学意义明确的结构参数为牵引，以新的关联表征方法识别隐含秩序，再以物性验证其稳定性与可用性。随着计算、表征与材料设计方法的进一步融合，相关研究有望在揭示玻璃化转变本质、探索非晶结构序来源、发展高稳定新材料各上产生更广泛影响。研究成果已在线发表于《自然·材料》，并得到国家自然科学基金资助。
从晶体到准晶再到理想非晶体，人类对物质世界的认知正在不断突破既有框架。这项研究不仅揭示了自然界的又一奥秘，更启示我们：科学探索需要始终保持对传统认知的反思勇气。随着基础研究的持续深入，更多"不可能"的物质状态或将陆续被发现，为材料科学和工程技术发展打开新的可能性空间。这种从0到1的原始创新，正是建设科技强国不可或缺的基石。