加州大學洛杉磯分校苗建偉最新Nature:原子電子斷層成像測定非晶固體的3D原子結構


【引言】

自1960年發現金屬玻璃以來,人們一直在積極研究它的基本原理和實際應用。然而,由于金屬玻璃的無序結構,其3D原子排列無法用晶體學方法確定。多年來,許多實驗和計算方法被用來研究金屬玻璃結構,如X射線和中子衍射、X射線吸收精細結構、高分辨率透射電子顯微鏡、納米束電子衍射、核磁共振、密度泛函理論、分子動力學模擬和反向蒙特卡洛模型等。盡管有了這些發展,但是還沒有一種實驗方法能夠直接確定金屬玻璃樣品中所有的3D原子位置。原子電子斷層成像(AET)是一種原則上可以解決這個長期存在的問題的實驗方法。AET將高分辨率層析成像傾斜系列與先進的迭代算法相結合,在不假設結晶度的情況下解析材料的3D原子結構,已應用于對晶界、反相界、堆積層錯、位錯、點缺陷、化學有序/無序、原子級波紋、鍵畸變和應變張量的成像。最近,四維(三維和時間)AET已被開發用于觀察原子分辨率的晶體成核,并表明早期階段成核結果與經典成核理論不一致。

【成果簡介】

今日,在美國加州大學洛杉磯分校苗建偉教授(通訊作者)團隊等人帶領下,開發了一種原子電子斷層掃描重建方法,通過實驗確定非晶固體的3D原子位置。以多組分非晶形成合金為原理證明,定量地表征了3D原子排列的短程和中程有序。觀察到,雖然短程有序的3D原子堆積在幾何上是無序的,但一些短程有序結構相互連接,形成晶體超團簇,并形成中程有序。團隊在非晶樣品中發現了四種類型的類晶體中程有序:面心立方、六方最密堆積、體心立方和簡單立方并存,顯示出平移有序而非取向有序。這些觀測結果為支持金屬玻璃高效團簇堆積模型的總體框架提供了直接的實驗證據。預計這項工作將為測定廣泛的非晶固體的3D結構鋪平道路,這可能會改變對非晶材料和相關現象的基本認識。相關成果以題為“Determining the three-dimensional atomic structure of an amorphous solid”發表在了Nature。

?【圖文導讀】

圖1?用AET測定多組分非晶形成納米粒子的3D原子結構

2 非晶形成納米粒子的SRO

3 非晶形成納米粒子中MROs的連通性和分布

4 MROs的定量表征

5 四個代表性MROs的3D原子堆積

文獻鏈接:Determining the three-dimensional atomic structure of an amorphous solid(Nature,2021,DOI:10.1038/s41586-021-03354-0)

本文由木文韜翻譯,材料牛整理編輯。

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