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重塑對晶體界面動力學的理解
城大國際研究
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本次研究挑戰了傳統觀點，並揭示晶界遷移率實際上被遷移方向影響，而不是一個常數。團隊在《科學》上發表的論文題為「晶界乃布朗棘輪」。
香港城市大學（城大）的研究人員與本地及海外大學合作，重新塑造了科學家對晶體材料中的動力學過程的基本理解：晶界遷移率實際上被遷移方向影響，它不是一個常數。這項研究，已發表在《科學》上，題為「晶界乃布朗棘輪」。
研究背景
晶界是不同取向晶體之間的界面缺陷。大多數晶體材料是多晶體，由許多不同取向的多面體晶粒聚集而成，因此，晶界是材料中的常見缺陷，對材料的機械和物理性能有深遠影響。操控晶界的數量，是調整材料性質的一種有效策略。
傳統上，人們認為晶界的遷移速率與驅動力成正比，其比例系數稱為遷移率，並假定為一個常數。
晶界乃布朗棘輪
然而，本次研究挑戰了這一觀點，並揭示晶界遷移率實際上被遷移方向影響，而不是一個常數。
研究顯示，大多數晶界的遷移率取決於晶界遷移的方向。研究人員對各種條件下的多種晶界，進行了原子尺度模擬，並確認，只要晶界相鄰的兩個晶粒不是對稱相關 —— 這是通常情況 —— 晶界遷移率就會顯示出方向性。當晶界在一個方向上移動速度快於相反方向時，在零附近對稱振盪的驅動力，能夠導致晶界向一個方向遷移。研究人員用布朗棘輪模型解釋了這種行為。
通過原子尺度模擬、理論與實驗，證實晶界類似棘輪的遷移行為
城大材料科學及工程學系韓健博士說：「這意味着，晶界可以在沒有淨驅動力的情況下遷移。有趣的是，這種非驅動的晶界遷移可以類比於布朗棘輪的單向旋轉。」
材料科學及工程學系博士生、本論文第一作者邱蔡豪說：「當布朗棘輪這裝置的槳輪因原子的隨機撞擊產生隨機方向旋轉時，棘輪機構只會產生單向旋轉。類似地，當晶界受到振盪驅動力或溫度變化的影響時，它會單向遷移。」
城大研究團隊：（右起）邱蔡豪、韓健博士、另一作者王思琪
團隊表示，這項研究重塑了大多數研究者和教科書對晶界動力學的理解，並啟發了一種控制材料微觀結構演變的新方法。
研究團隊
本論文的通訊作者包括韓健博士、香港大學的 David Srolovitz 教授、德累斯頓工業大學的 Marco Salvalaglio 教授、加州大學爾灣分校的潘曉晴教授。
來源：香港城市大學
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重塑對晶體界面動力學的理解
