來自原子探針的模擬二維原子圖像。圖片來源：悉尼大學(xué)

科技日報(bào)記者?張夢然

在最新一期《自然·材料》雜志上的一篇論文中，澳大利亞悉尼大學(xué)團(tuán)隊(duì)報(bào)告了一種解碼“材料基因組”的新方法。該方法能檢測晶體材料原子級結(jié)構(gòu)的微小變化，提高了人們理解材料特性和行為基本起源的能力。

這一突破對于開發(fā)創(chuàng)新材料至關(guān)重要，將推動(dòng)人們開發(fā)用于航空航天業(yè)的更堅(jiān)固且更輕的合金、用于電子設(shè)備的新一代半導(dǎo)體以及用于電動(dòng)機(jī)的改進(jìn)磁鐵。

該研究利用原子探針斷層掃描（APT）技術(shù)來解開短程階（SRO）的復(fù)雜性。SRO工藝是了解局部原子環(huán)境的關(guān)鍵。SRO經(jīng)常被比作“材料基因組”，即晶體內(nèi)原子的排列或構(gòu)型。其重要性在于不同的局部原子排列會(huì)影響材料的電子、磁性、力學(xué)、光學(xué)和其他特性，這些特性對之后產(chǎn)品的安全性和功能性有極大影響。

此次研究的重點(diǎn)是鈷-鉻-鎳高熵合金，這類合金在高級工程應(yīng)用中非常有前途。團(tuán)隊(duì)利用復(fù)雜的APT成像數(shù)據(jù)，并結(jié)合先進(jìn)的數(shù)據(jù)科學(xué)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了以3D形式可視化原子，從而觀察和測量SRO，并比較在不同加工條件下合金的變化。

該研究為SRO如何控制關(guān)鍵材料特性研究提供了模板，也為科學(xué)家提供了一雙新“眼睛”，從而可以看到原子級架構(gòu)的微小變化，是如何導(dǎo)致材料性能的巨大飛躍的。

至關(guān)重要的是，SRO提供了詳細(xì)的原子級藍(lán)圖，增強(qiáng)了人們對材料行為的計(jì)算模擬、建模和最終預(yù)測的能力。

總編輯圈點(diǎn)

我們知道原子是構(gòu)成物質(zhì)的基本單元，原子結(jié)構(gòu)影響了原子間結(jié)合方式，而原子間結(jié)合方式，最終決定了材料的種類。換句話說，原子的結(jié)構(gòu)和關(guān)系，直接影響了材料的物理和化學(xué)性質(zhì)，導(dǎo)致不同材料有不同性能。現(xiàn)在，科學(xué)家實(shí)現(xiàn)了用3D“目光”看清這種結(jié)構(gòu)關(guān)系，并解鎖了原子在多種條件下的排列變化，無疑等同于有了一把開門鑰匙，門內(nèi)則是新一代材料的美好世界。