金屬材料前沿研究成果精選【第2期】|過渡金屬

1、Acta Mater.: CrCoNi中等熵合金的動態剪切變形研究

高熵合金和中等熵合金是一種具有簡單晶體結構的固溶體，并且多元素的隨機分布可以減少用于形成堆垛層錯的能量損失，從而導致低堆垛層錯能。面心立方FeCrMnCoNi 高熵合金和fcc CrCoNi中等熵合金的力學性能在低溫下比室溫下更好，同時由于形變機制從位錯滑移到形變孿晶的轉變，強度，延展性和斷裂韌性同時增強。近日，中科院力學研究所的W. A. Curtin(通訊作者)等人通過用各種不均勻的微觀結構來制造單相CrCoNi中等熵合金(MEA)，將其冷軋后在各種溫度下退火，并在霍普金森桿實驗中，用帽形樣本表征MEA的高應變率響應。研究結果表明，樣品的高動態剪切屈服強度和均勻動態剪切應變的組合，超過了目前報道的所有其他金屬和合金。

文獻鏈接： Dynamic shear deformation of a CrCoNi medium-entropy alloy with heterogeneous grain structuress (Acta Mater., 2018, DOI: 10.1016/j.actamat.2018.02.016）

2、Acta Mater.: 梯度結構鎳基合金的力學行為

細晶粒材料通常具有較高的機械強度，通過嚴格塑性變形（SPD）細化晶粒的方法已經被廣泛研究。然而，由SPD技術制造的這些超細晶粒（UFG）和納米晶（NC）材料通常具有有限的拉伸延展性，阻礙其在生產生活中的應用，而塑性的缺乏可歸因于納米晶粒中不存在應變硬化能力。近日，美國普渡大學的X. Zhang (通訊作者)等人報通過表面機械研磨處理來加工基于NiCrMo的C-22HS合金，以實現由表面納米層，變形孿晶層和嚴重變形層組成的梯度結構。此外，作者還通過掃描電子顯微鏡觀察經原位微柱壓縮測試的試樣，從而揭示各層的不同力學行為。 這項研究表明，晶粒間回應力的增加可能導致了梯度結構材料的高應變硬化行為。

文獻鏈接：Mechanical behavior of structurally gradient nickel alloy (Acta Mater., 2018, DOI: 10.1016/j.actamat.2018.02.021）

3、Acta Mater.: 鎳基高溫合金凝固過程中微觀組織和織構組織的變形機理

IN713C是國際鎳公司在20世紀50年代開發的γ'沉淀硬化鑄造鎳基高溫合金，由于其良好的鑄造性，合適的機械性能和高溫下的微觀結構穩定性，該合金現在仍然大量使用。然而，由于微觀結構的不均勻性，可能會引起應變分布不均勻性和局部變形，并且最終影響合金在服役期間的延伸的性能和力學性能。近日，英國斯旺西大學的S. Birosca (通訊作者)等人通過熔模鑄造法制備鎳基高溫合金IN713C，在600℃下進行了低周疲勞(LCF)和高周疲勞(HCF)實驗，模擬了渦輪增壓器中渦輪機輪的實際疲勞狀況。研究結果表明，微觀結構不均勻性如碳化物和析出物在樹枝狀結構網絡中的分布決定了LCF測試過程中的斷裂微觀機制。

文獻鏈接: The effects of microstructure and microtexture generated during solidification on deformation micromechanism in IN713C nickel-based superalloy (Acta Mater., 2018, DOI: 10.1016/j.actamat.2018.01.062）

4、Acta Mater.：鐵電體中缺陷介導渦旋的增殖和湮沒

由于介電，壓電，熱電和鐵電性等多種功能性以及納米級疇結構的形成，鐵電材料正受到越來越多的關注。它有希望利用這些特性來制造先進的功能電子，光電子和機電一體化設備。特別是控制鐵電渦旋手性的可能性為開發新型納米級存儲器和邏輯器件開辟了新途徑。然而，由于偶極環向磁矩與E的卷曲共軛不是均勻電場，因此對鐵電渦旋的手性的實際控制相當具有挑戰性。中山大學的王彪教授(通訊作者)等人運用相場模擬，證明通過缺陷工程可以在鐵電納米片中實現旋渦手性的機械開關。作者系統地揭示了溫度，納米片形狀，空隙大小以及空位對缺陷介導渦旋轉換行為的影響。這項研究證明了通過機械負載進行渦流切換的可行性，并為控制和開發基于鐵酸漩渦的機電裝置提供了一條新途徑。

文獻鏈接：Defect-mediated vortex multiplication and annihilation in ferroelectrics and the feasibility of vortex switching by stress (Acta Mater., 2018, DOI: 10.1016/j.actamat.2018.01.018）

5、Phys. Rev. Lett.：在地核熱力學條件下制備Xe-Fe金屬間化合物

金屬間化合物是過渡族金屬元素之間形成一系列金屬間化合物，即是指金屬與金屬、金屬與準金屬形成的化合物。金屬間化合物由于具有優于高溫合金的耐熱性、高的比強度、高的比壽命、高的導熱性和高的抗氧化性，以及具有優于陶瓷材料的韌性和良好的熱加工性而受到廣泛關注，尤其受到航空部門的青睞。近日，美國勞倫斯·利弗摩爾國家實驗室的Elissaios Stavrou (通訊作者)等人通過原位同步輻射X射線衍射和拉曼光譜輔助于第一原理計算，證實了Xe-Fe金屬間化合物可以在地球核心的熱力學條件下被合成。結果表明，在極端條件下，通過記錄在環境壓力下的正電性元素可以獲得電子并形成陰離子，元素的化學性質也發生變化。

文獻鏈接：Synthesis of Xenon and Iron-Nickel Intermetallic Compounds at Earth’s Core Thermodynamic Conditions (Phys. Rev. Lett. , 2018, DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.096001）

6、Phys. Rev. Lett.：可逆相變在準同型相界強壓電性能中的作用

現代功能材料如壓電，鐵磁體，鐵電體和鐵合金，經常在相界處對外界刺激顯示出非凡的響應，在這樣的材料中，外部刺激驅動的可逆相變被認為與它們的非凡特性直接相關。例如，優異的形狀恢復特性，巨大的磁致伸縮和巨大的磁熱效應伴隨著磁場或溫度場驅動的相變。北京科技大學陳駿教授（通訊作者）等人通過實驗揭示了現場驅動可逆相變在實現增強機電性能中的重要作用，使用原位高能同步加速器X射線衍射結合2D幾何散射技術，建立了與壓電相關的微觀結構演化模型。此外，相場建模揭示了極化對準和壓電響應可以通過電場驅動的相變顯著增強。本項提出的機制將有助于設計和優化新的壓電材料，鐵磁體或其他相關的功能材料。

文獻鏈接：Role of Reversible Phase Transformation for Strong Piezoelectric Performance at the Morphotropic Phase Boundary (Phys. Rev. Lett.,2018,DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.055501)

7、Phys. Rev. Lett.：單層半導體中激子里德伯態的磁光光學

原子級薄層過渡金屬二硫族化合物（TMD）半導體如單層MoS2和WSe2的興起，很大程度上源自其直接光學帶隙和非常強的光物質耦合。在摻雜或高度激發的單分子層中，由于帶電激子或多重態可以在光譜中發展出明顯的共振。近日，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室的A.?V. Stier（通訊作者）等人告了原子級單層半導體WSe₂中激子里德堡態的65 T磁吸收光譜。激發態中性激子的強場依賴性和明顯的能量變化使得它們明確的識別并可以和主要理論模型進行定量比較。

文獻鏈接：Magnetooptics of Exciton Rydberg States in a Monolayer Semiconductor (Phys. Rev. Lett. , 2018, DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.096001）

8、Phys. Rev. Lett.：缺口型手性費米子體系中激子的光學選擇規律能

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人們對半導體光吸收的理解依賴于兩個基本的近似值。第一種是有效質量近似，其中電子和空穴被認為是分別隨著傳導和價帶的有效質量移動的兩個粒子；第二個近似值是電偶極子近似。在這種近似中，帶間光學躍遷通常根據組成布洛赫函數的原子軌道之間的躍遷來理解。總之，這兩個近似產生了激子的光學選擇規則。近日，美國卡耐基梅隆大學的Xiaoou Zhang（通訊作者）等人提出了兩種能夠承載類似S的激子的手性費米子體系來證明他們的理論：具有C4旋轉對稱性的拓撲結構絕緣體的缺口表面狀態和偏置的3R堆疊MoS₂雙層。在后者情況下，我們表明可以通過改變匝數通過使用門控來調節從明亮到黑暗的s樣激子。因此，我們的理論為二維材料中光學過渡的電控制提供了一條新途徑。

文獻鏈接：Optical Selection Rule of Excitons in Gapped Chiral Fermion Systems (Phys. Rev. Lett. , 2018, DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.077401）

9、Phys. Rev. Lett.：YBa₂Cu₃O_7?δ的電荷順序和超導電性

銅酸鹽高居里溫度(Tc)超導體具有豐富的相圖，并且欠摻雜區域特別復雜，具有幾個不同的相。闡明這些相的微觀起源及其與超導性的關系仍然是非常重要的。對于空穴摻雜np <0.18且低于特征溫度T *的情況，出現一個新相，其特征在于接近費米能級的狀態密度降低。最近，英國布里斯托大學的Carsten Putzke（通訊作者）等人通過測量高磁場和高靜水壓下霍爾系數RH（T）的溫度依賴性來研究未摻雜的YBa₂Cu₃O_7-δ中電荷順序與超導電性之間的相互作用。研究結構表明，壓力為2.6GPa時將Tc提高了10K，但對RH（T）的影響很小。

文獻鏈接：Charge Order and Superconductivity in Underdoped YBa2Cu3O7?δ under Pressure (Phys. Rev. Lett.,2018,DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.117002)

10、Phys. Rev. Lett.：鏷、錒系和過渡金屬化學研究

由于它們的5f電子，早期錒系元素表現出化學行為，這種化學行為在基于擴散和定向d軌道的過渡金屬化學以及4f鑭系元素中的大部分局部化和靜電鍵合相互作用中處于中間。Pa被認為是一種研究早期錒系元素在5f和6d軌道參與其化學過程中的周期性元素，能夠影響它們的結構和結合。近日，美國阿貢國家實驗室的Richard E. Wilson和法國里爾第一大學的Valérie Vallet（共同通訊作者）等人報道了Pa-peroxozu簇用于合成錒系金屬酸鹽。在密度泛函理論水平上的量子化學計算表明，在Pa的化學過程中，有著5f和6d的軌道參與，并且較重的錒系元素會增加5f軌道參與程度。軌道特征的周期性變化與早期錒系元素中鍵的關系突出了5f軌道在其反應性和化學結構上的影響。

文獻鏈接：Protactinium and the intersection of actinide and transition metal chemistry (Phys. Rev. Lett.,2018,DOI: 10.1038/s41467-018-02972-z)

本文由材料人編輯部金屬學術組jcfxs01供稿，材料牛編輯整理。

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