Nature Communications: 美研究員成功對鎂變形孿晶“看不見的黑暗面”實現原子尺度表征

鎂作為一種密排六方（HCP）金屬，由于滑移系統很少，所以孿晶成為其主要的變形機制。同時，全面表征孿晶界原子尺度的結構及運動機制將有助于深入理解鎂及其他HCP金屬的組織性能關系。而在鎂孿晶界面中，存在一個所謂的“看不見的黑暗面”（DS），準確的說就是垂直于孿晶變形剪切方向的那個面，由于在晶體學上很難觀察，這個界面上的原子結構及運動機制一直沒有很好的表征方法。

近日，來自美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室的研究人員利用高分辨透射電鏡（HRTEM）和原子模擬相結合，成功對鎂{10-12}變形孿晶中的“看不見的黑暗面”實現了原子尺度表征。結果表明，DS呈鋸齒狀，包含{10-12}共格孿晶界以及{2-1-10}半共格棱柱界面，而后者控制著孿晶生長。相關研究成果發表在最近一期的Nature Communication上。

文獻圖注

圖1 {10-12}孿晶的三維界面結構
(a): 變形多晶鎂的EBSD圖像，存在橢圓形的孿晶，長軸是孿晶方向，標尺為40um;
(b): 橢圓形孿晶的三維示意圖，Bright side(BS)指的就是沿著同時垂直于孿晶剪切方向及孿晶面法線方向的那個方向去觀察看到的界面，而Dark side(DS)指的就是沿著孿晶剪切方向去觀察看到的界面；
(c): {10-12}變形孿晶的BS，它包含兩種界面，分別是原子結構圖左邊的共格孿晶界以及棱面/基面的界面，這兩種界面以及對應的電子衍射圖像如圖右側所示；
(d): {10-12}變形孿晶的DS，可以看到共格孿晶界以及扭曲的錐面/錐面界面和棱面/棱面界面，這些界面以及對應的電子衍射圖像如圖右側所示，原則上，基體和孿晶部分的晶格及衍射圖樣是等同的，這就使得對孿晶的DS原子尺度的表征更加困難。

圖2 DS原子結構的原子模擬
(a): DS沿著孿晶剪切方向的原子結構；
(b): 一個自由孿晶核心的原子結構，可以看到{0-112}的共格孿晶界、{-2110}的半共格界面以及離散的錯配位錯（記為S）;
(c): {-2110}半共格界面的原子結構，可以看到共格界面以及離散的錯配位錯。

圖3 DS原子結構的表征
(a): 鎂的TEM暗場相，可以看到有兩處孿晶，與基體存在輕微的脫開，標尺2um；
(b): DS的選區電子衍射圖樣；
(c): (a)圖中紅框里的鋸齒狀界面，包含共格孿晶界及錯配位錯，其中的高分辨TEM圖像以其對應的傅里葉變換，橙色圓及虛線表示由于錯配位錯造成的局部原子位移，闡明了沿著DS觀察時發現孿晶界的鋸齒狀；
(d): (0-112)衍射的反傅里葉變換圖像，可以看到在圖中右側基體中(0-112)面的有序排列以及圖中左側孿晶中(0-112)面輕微偏離有序的排列，標尺2um，藍線表示可能的邊界位置；
(e): (1-101)衍射的反傅里葉變換圖像，可以看到之前標注的界面的不連續現象，可以分割成幾段的共格孿晶界，標尺2um。

論文地址：Characterizing the boundary lateral to the shear direction of deformation twins in magnesium

感謝材料人編輯部提供素材