來自原子探針的模擬二維原子圖像。圖片來源：悉尼大學

在最新一期《自然·材料》雜志上的一篇論文中，澳大利亞悉尼大學團隊報告了一種解碼“材料基因組”的新方法。該方法能檢測晶體材料原子級結構的微小變化，提高了人們理解材料特性和行為基本起源的能力。

這一突破對于開發創新材料至關重要，將推動人們開發用于航空航天業的更堅固且更輕的合金、用于電子設備的新一代半導體以及用于電動機的改進磁鐵。

該研究利用原子探針斷層掃描（APT）技術來解開短程階（SRO）的復雜性。SRO工藝是了解局部原子環境的關鍵。SRO經常被比作“材料基因組”，即晶體內原子的排列或構型。其重要性在于不同的局部原子排列會影響材料的電子、磁性、力學、光學和其他特性，這些特性對之后產品的安全性和功能性有極大影響。

此次研究的重點是鈷-鉻-鎳高熵合金，這類合金在高級工程應用中非常有前途。團隊利用復雜的APT成像數據，并結合先進的數據科學技術，實現了以3D形式可視化原子，從而觀察和測量SRO，并比較在不同加工條件下合金的變化。

該研究為SRO如何控制關鍵材料特性研究提供了模板，也為科學家提供了一雙新“眼睛”，從而可以看到原子級架構的微小變化，是如何導致材料性能的巨大飛躍的。

至關重要的是，SRO提供了詳細的原子級藍圖，增強了人們對材料行為的計算模擬、建模和最終預測的能力。

【科技日報總編輯圈點】

我們知道原子是構成物質的基本單元，原子結構影響了原子間結合方式，而原子間結合方式，最終決定了材料的種類。換句話說，原子的結構和關系，直接影響了材料的物理和化學性質，導致不同材料有不同性能。現在，科學家實現了用3D“目光”看清這種結構關系，并解鎖了原子在多種條件下的排列變化，無疑等同于有了一把開門鑰匙，門內則是新一代材料的美好世界。