加州大学洛杉矶分校苗建伟最新Nature：原子电子断层成像测定非晶固体的3D原子结构

【引言】

自1960年发现金属玻璃以来，人们一直在积极研究它的基本原理和实际应用。然而，由于金属玻璃的无序结构，其3D原子排列无法用晶体学方法确定。多年来，许多实验和计算方法被用来研究金属玻璃结构，如X射线和中子衍射、X射线吸收精细结构、高分辨率透射电子显微镜、纳米束电子衍射、核磁共振、密度泛函理论、分子动力学模拟和反向蒙特卡洛模型等。尽管有了这些发展，但是还没有一种实验方法能够直接确定金属玻璃样品中所有的3D原子位置。原子电子断层成像（AET）是一种原则上可以解决这个长期存在的问题的实验方法。AET将高分辨率层析成像倾斜系列与先进的迭代算法相结合，在不假设结晶度的情况下解析材料的3D原子结构，已应用于对晶界、反相界、堆积层错、位错、点缺陷、化学有序/无序、原子级波纹、键畸变和应变张量的成像。最近，四维（三维和时间）AET已被开发用于观察原子分辨率的晶体成核，并表明早期阶段成核结果与经典成核理论不一致。

【成果简介】

今日，在美国加州大学洛杉矶分校苗建伟教授（通讯作者）团队等人带领下，开发了一种原子电子断层扫描重建方法，通过实验确定非晶固体的3D原子位置。以多组分非晶形成合金为原理证明，定量地表征了3D原子排列的短程和中程有序。观察到，虽然短程有序的3D原子堆积在几何上是无序的，但一些短程有序结构相互连接，形成晶体超团簇，并形成中程有序。团队在非晶样品中发现了四种类型的类晶体中程有序：面心立方、六方最密堆积、体心立方和简单立方并存，显示出平移有序而非取向有序。这些观测结果为支持金属玻璃高效团簇堆积模型的总体框架提供了直接的实验证据。预计这项工作将为测定广泛的非晶固体的3D结构铺平道路，这可能会改变对非晶材料和相关现象的基本认识。相关成果以题为“Determining the three-dimensional atomic structure of an amorphous solid”发表在了Nature。

 【图文导读】

图1 用AET测定多组分非晶形成纳米粒子的3D原子结构

图2 非晶形成纳米粒子的SRO

图3 非晶形成纳米粒子中MROs的连通性和分布

图4 MROs的定量表征

图5 四个代表性MROs的3D原子堆积

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

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