通常认为，完整单晶体和亚稳非晶固态是金属固体的两个极端状态，多晶体结构是一种介于这两者之间的不稳定结构。金属通常以多晶形式存在，在多晶体晶粒尺寸不断减小接近某极限值（如原子尺寸）前是否还存在别的亚稳态结构？不久前Science期刊发表的一项成果让这个问题有了答案。

DOI: 10.1126/science.abe1267

左上：纯铜中受限晶体的TEM明场像；右上：高分辨透射电镜观察显示受限晶体显示出近截角八面体特征；下：MD模拟显示受限晶体特征。

具有纳米晶粒的金属具有超强的强度，但在较高的温度下，它们一般不会保持其结构。这种特性削弱了它们的高强度，使其在应用中的应用具有挑战性。

中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心纳米金属科学家工作室李秀艳研究员、卢柯研究员、周鑫特别研究助理与上海交通大学金朝晖教授合作，利用大量精细实验并结合模拟计算发现，当晶粒尺寸降低到几纳米时，纯金属铜多晶体会形成一种新型亚稳结构——Schwarz crystal（受限晶体）结构，这种具有极小界面（minimal interface）的三维结构表现出极高的热稳定性和力学稳定性，在纯铜的熔点以下不发生晶粒长大，其强度接近理论强度。这一发现为稳定纳米金属指明了另一条道路。

同时，这一重要发现表明除非晶固态外，多晶体金属在晶粒极细时还存在另外一种亚稳固体状态，其稳定性甚至远高于非晶固体。

论文地址：https://science.sciencemag.org/content/370/6518/831

参考来源：中科院金属研究所

编译整理 YUXI