固态物质存在的两种主要形式：晶体和玻璃体，均孕育于高温熔体。高温熔体的结构关系到熔体的宏观性质、晶体的生长机理和缺陷的形成规律、玻璃体的结构和性质，是物理、化学、材料、地学等多个学科共同关注的重要基础问题之一。但是，由于缺乏有效的分析手段，极大限制了人类对熔体结构的认识。
2008年，安光所的科研人员采用高温原位拉曼光谱技术，发现了晶体结构向熔体结构转变的一般规律（Cryst. Growth Des. 2008, 8, 412？414），开辟了认识熔体结构的新途径；2013年，又率先采用密度泛函理论（DFT）计算方法，实现了对熔体拉曼光谱的全谱精确拟合（CrystEngComm 2013, 15, 995-1000），最终构建了完整的熔体结构研究新方法。基于该方法，先后发现了多种只存在于熔体中的特殊分子结构（CrystEngComm 2014, 16, 3086-3090, 封面文章; Inorg. Chem. 2016, 55, 7098–7102)，解释了硼酸盐熔体的粘度反常现象（CrystEngComm 2017, 19, 5721-5726, 封面文章），揭示了多种功能晶体的生长机理（CrystEngComm 2015, 17, 2636-2641, 封面文章；Inorg. Chem. 2017, 56, 3623-3630）。
作为一种基础材料，GeO 2熔体的结构多年来备受关注。普遍的观点认为：在GeO 2熔体中锗原子周围存在至少四个配位氧原子。近期，安光所万松明团队采用高温拉曼光谱实验技术与DFT理论计算方法，通过研究GeO 2熔体拉曼光谱中位于340和520 cm -1两个特殊振动峰的结构起源（图1），在GeO 2熔体中发现了三配位的锗原子，颠覆了对锗氧结构的传统认知。这一结果有望平息对GeO 2熔体结构近半个世纪关于的争论。GeO 2熔体的电子结构分析结果（图2）进一步揭示了在GeO2熔体中不仅存在稳定的Ge-O键，也存在不稳定的Ge-O键（Fluxional Bond），从分子层次诠释了GeO 2熔体兼具流动性与粘滞性的根本原因。三配位锗原子的发现为认识锗酸盐熔体结构提供了新的视角，将有助于更好地理解锗酸盐晶体和玻璃的形成过程、缺陷结构和性质。另外，GeO 2作为二氧化硅（SiO 2）的同类物质，其熔体结构的研究成果也有望为地质和矿物学研究提供新思路。
该工作得到了国家自然科学基金、中国科学院合肥物质院院长基金、先进激光技术安徽省实验室主任基金等项目的资助。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-42890-3
图1. GeO 2熔体的拉曼光谱和两个特殊振动峰的振动模式。
（a）GeO 2熔体（由[GeO 2] n链和[Ge 4] n网络构成）的实验和计算拉曼光谱。
（b）340 cm -1拉曼峰的振动模式。
（c）520 cm 拉曼峰的振动模式。蓝色和橙色小球分别代表锗原子和氧原子。
图2. GeO 2熔体中两种聚合物（[GeO 2] n链和[Ge 4] n网络）的电子结构。
（a）[GeO 2] n链的总态密度和分态密度。
（b）[Ge 4] n的总态密度和分态密度。
（c）[GeO 2] n在-8.0到-7.1 eV能量区间的成键轨道。
（d）[Ge 4] n在-8.6到-7.5 eV能量区间的成键轨道。
