通常認為，完整單晶體和亞穩非晶固態是金屬固體的兩個極端狀態，多晶體結構是一種介于這兩者之間的不穩定結構。金屬通常以多晶形式存在，在多晶體晶粒尺寸不斷減小接近某極限值（如原子尺寸）前是否還存在別的亞穩態結構？不久前Science期刊發表的一項成果讓這個問題有了答案。

DOI: 10.1126/science.abe1267

左上：純銅中受限晶體的TEM明場像；右上：高分辨透射電鏡觀察顯示受限晶體顯示出近截角八面體特征；下：MD模擬顯示受限晶體特征。

具有納米晶粒的金屬具有超強的強度，但在較高的溫度下，它們一般不會保持其結構。這種特性削弱了它們的高強度，使其在應用中的應用具有挑戰性。

中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心納米金屬科學家工作室李秀艷研究員、盧柯研究員、周鑫特別研究助理與上海交通大學金朝暉教授合作，利用大量精細實驗并結合模擬計算發現，當晶粒尺寸降低到幾納米時，純金屬銅多晶體會形成一種新型亞穩結構——Schwarz crystal（受限晶體）結構，這種具有極小界面（minimal interface）的三維結構表現出極高的熱穩定性和力學穩定性，在純銅的熔點以下不發生晶粒長大，其強度接近理論強度。這一發現為穩定納米金屬指明了另一條道路。

同時，這一重要發現表明除非晶固態外，多晶體金屬在晶粒極細時還存在另外一種亞穩固體狀態，其穩定性甚至遠高于非晶固體。

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

參考來源：中科院金屬研究所

編譯整理 YUXI