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体球网:体球网葛炳辉教授团队在Nanoscale杂志封面上发表题为“Direct visualization of spatially correlated displacive short-range ordering in Nb0.8CoSb ”的研究成果

时间:2020-11-10   浏览:10

结构决定性能。原子的短程有序(SRO)介于物质的结晶态的长程有序和非晶态的无序之间,能够为材料提供丰富的物理、化学特性以及相应的技术应用。化学领域中,SRO与化学键密切相关,而化学键是化学材料研究的核心;物理领域中,SRO在相变材料,合金的位错运动和可塑性,宏观的电和热传输特性,光学和磁特性等方面也发挥着至关重要的作用。

值得注意的是,尽管受SRO影响的所有属性均可用于表征SRO,但要对SRO进行精确测定,尤其判断SRO属于位移型还是组分型,以及定量确定SRO的空间原子构型和组成,主要取决于两种互补技术的表征,即实空间中的成像技术和倒易空间中的测量方法。倒易空间的测量方法主要包括基于扩展X射线吸收精细结构(EXAFS),近边结构X射线吸收谱(XANES),拉曼散射,中子和X射线散射等光谱技术以及对分布函数,反向蒙特卡洛技术和分子动力学等。

光谱数据拥有完备的3维原子结构的统计数据,但研究的原子结构与测得的光谱之间通常没有一一对应关系,必须依靠建模来提取真实空间的原子结构。漫散射衍射花样的起源已被诸多文献提出,但要从倒易空间漫散射衍射(带)花样精确确定实空间SRO依旧是一项挑战。目前主流的方法是根据衍射数据并借助团簇模型搭建组分的短程有序,但由于SRO原子构型的多解性,材料科学工程中的合成-结构-性能的经典相关性仍然存在着不确定性。

基于球差矫正电镜和CalAtom等图像处理软件,体球网电镜中心葛炳辉教授团队和华南农业大学林芳教授研究组,美国Clemson贺健教授研究组以及浙江大学朱铁军教授研究组合作研究了Nb0.8CoSb中的短程有序结构。作者根据实验高角环形暗。HAADF)像获得二维投影原子位置及相应的空位(组分)的分布信息,采取两种极端情况搭建二维模型,理解原子位移和空位分布对短程有序的影响:1、纯组分变化模型,即实际强度+理想位置;2、纯位移变化模型,即实际位置+理想强度。(注:实际过程可能是二者共同作用的结果)通过比对模型的fft和实验的电子衍射,确定两种模型对短程有序的贡献。

研究结果显示Nb0.8CoSb中空位主要以长程有序形式存在,而位移则以短程有序形式存在。这是首次在原子尺度观察到一种以原子位移为主导的短程有序结构,但如何理解由于长程有序的空位分布导致的短程有序的位移,仍然需要进一步研究。与此同时,伴随电镜技术的发展,纳米级甚至亚纳米尺度衍射信息的获得,将为短程有序结构的研究提供帮助,从而有望进一步定量地揭开短程有序结构的神秘面纱。

上述工作被选为封面,发表在最新一期的Nanoscale杂志上。





Direct visualization of spatially correlated displacive short-range ordering in Nb0.8CoSb - Nanoscale (RSC Publishing)

 
(a) 期刊封面图;图(b) 叠加了原子偏移箭头的Nb0.8CoSb原子分辨率的HAADF像;(c) Nb0.8CoSb沿[110]带轴的选区电子衍射花样;(d) 包含实际强度和理想原子位置信息的FFT图;(e) 包含实际原子位置,理想强度信息的FFT图。


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