法国原子能源与替代能源委员会(CEA) [1]、法国国家科学研究院(CNRS) [2]和欧洲同步辐射中心(ESRF) [3]的科学工作者近期通过一些关键因素解释了过冷现象的稀奇之处，该物质状态即为低于结晶温度，液体仍呈现出不结冰状态。过冷是一种我们可以日常观察到的现象，云就是水滴在过冷状态下的累积状态。该研究成果被发表于2010年4月22日《自然》杂志上。

过冷现象是只能在液体太过纯净且没有凝固所需的“结晶核”条件下产生的一种物质状态。在温度低于凝固点的条件下，液体极度纯净状态将无法使结晶产生，即无法使液体结冰。处于高海拔的云朵就是该现象很好的例子：组成云朵的大量微小水滴尽管处于很低的温度中，但由于空气过于纯净而无法结冰。原子无序的排列与结晶过程中结晶核的缺失是该现象产生的根源。当一架飞机穿越天空，大量水滴便悬挂于它的表面，飞机表面的混杂物快速启动液体结晶过程使之结冰。出于该原因，某些飞机配有除冰系统。

过冷现象是由物理学家华伦海特于1724年发现的，但围绕这一机制的众多问题至今仍无答案。目前，理论学家假设液体内部结构可能与结晶化不相容。理论模型提出液体内原子按照五边形组合。但是 ，要形成一个晶体，需要周期性重复结构来填补全部空间，而五边形不能达到这一要求。使用五边形石砖无缝隙地铺盖地面是不可能的事情，只有通过三角形、长方形或六边形才可以完成。为了形成结晶，只有折断五边形结构，使原子重新排列。

到目前为止，通过实验还不能证明五边形结构是过冷现象产生的原因。科研人员通过原子同步加速器辐射研究液态金硅合金，揭示了五边形序列才是其根源。 “我们研究液体与其接触的对称五边形结构(含有特殊保护层的111硅晶面)表面如何反应”，文章的原作者托拜厄斯-舒勒解释道：“我们的实验表明直至今日从未在合金中发现的非常重要的过冷现象可以产生于该表面。随后，我们按照同样情况在对称三角和四角的硅晶面上做了相同实验，它们的结晶化温度与前者相比高出很多”。

半导体纳米线生长研究过程中，科研人员发现了有助于产生过冷现象液体的性质。在观察纳米线生长初期阶段时，他们发现低于结晶点温度，被使用的金属合金或半导体处于液态，于是科研工作者决定进一步研究这一现象。液态合金之所以引起大家的关注，是因为它们可以使半导体结构在微弱增长的温度下生长。

半导体纳米线是未来设备大有前途的候选材料。例如，科研人员致力于硅纳米线在纳米电子技术以及太阳能光电板中的结合，这有利于后者功率的提高。过冷现象也可以应用于冶金行业，它有助于设计出更为低温的合金。

参考： « Substrate-enhanced supercooling in AuSi eutectic droplets », Nature, 22 April 2010 T. U. Schülli, R. Daudin, G. Renaud, A. Vaysset, O. Geaymond & A. Pasturel