Nature Communications: 美研究员成功对镁变形孪晶“看不见的黑暗面”实现原子尺度表征

镁作为一种密排六方（HCP）金属，由于滑移系统很少，所以孪晶成为其主要的变形机制。同时，全面表征孪晶界原子尺度的结构及运动机制将有助于深入理解镁及其他HCP金属的组织性能关系。而在镁孪晶界面中，存在一个所谓的“看不见的黑暗面”（DS），准确的说就是垂直于孪晶变形剪切方向的那个面，由于在晶体学上很难观察，这个界面上的原子结构及运动机制一直没有很好的表征方法。

近日，来自美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究人员利用高分辨透射电镜（HRTEM）和原子模拟相结合，成功对镁{10-12}变形孪晶中的“看不见的黑暗面”实现了原子尺度表征。结果表明，DS呈锯齿状，包含{10-12}共格孪晶界以及{2-1-10}半共格棱柱界面，而后者控制着孪晶生长。相关研究成果发表在最近一期的Nature Communication上。

文献图注

图1 {10-12}孪晶的三维界面结构
(a): 变形多晶镁的EBSD图像，存在椭圆形的孪晶，长轴是孪晶方向，标尺为40um;
(b): 椭圆形孪晶的三维示意图，Bright side(BS)指的就是沿着同时垂直于孪晶剪切方向及孪晶面法线方向的那个方向去观察看到的界面，而Dark side(DS)指的就是沿着孪晶剪切方向去观察看到的界面；
(c): {10-12}变形孪晶的BS，它包含两种界面，分别是原子结构图左边的共格孪晶界以及棱面/基面的界面，这两种界面以及对应的电子衍射图像如图右侧所示；
(d): {10-12}变形孪晶的DS，可以看到共格孪晶界以及扭曲的锥面/锥面界面和棱面/棱面界面，这些界面以及对应的电子衍射图像如图右侧所示，原则上，基体和孪晶部分的晶格及衍射图样是等同的，这就使得对孪晶的DS原子尺度的表征更加困难。

图2 DS原子结构的原子模拟
(a): DS沿着孪晶剪切方向的原子结构；
(b): 一个自由孪晶核心的原子结构，可以看到{0-112}的共格孪晶界、{-2110}的半共格界面以及离散的错配位错（记为S）;
(c): {-2110}半共格界面的原子结构，可以看到共格界面以及离散的错配位错。

图3 DS原子结构的表征
(a): 镁的TEM暗场相，可以看到有两处孪晶，与基体存在轻微的脱开，标尺2um；
(b): DS的选区电子衍射图样；
(c): (a)图中红框里的锯齿状界面，包含共格孪晶界及错配位错，其中的高分辨TEM图像以其对应的傅里叶变换，橙色圆及虚线表示由于错配位错造成的局部原子位移，阐明了沿着DS观察时发现孪晶界的锯齿状；
(d): (0-112)衍射的反傅里叶变换图像，可以看到在图中右侧基体中(0-112)面的有序排列以及图中左侧孪晶中(0-112)面轻微偏离有序的排列，标尺2um，蓝线表示可能的边界位置；
(e): (1-101)衍射的反傅里叶变换图像，可以看到之前标注的界面的不连续现象，可以分割成几段的共格孪晶界，标尺2um。

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

感谢材料人编辑部提供素材