近期，中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所科研人員參與的六方密堆積結構中自間隙原子穩定性高壓效應研究取得突破，此項研究工作于7月18日發表在Nature集團旗下的刊物《科學報告》上。
晶體的自間隙原子對于微結構在納米尺度上的轉變具有至關重要的作用，決定著材料的穩定性。伴隨著一個自間隙原子的產生會造成較大的局域壓力和應力。在微結構中普遍存在熱梯度導致的熱壓力，壓力是決定自間隙原子穩定性的一個重要因素。然而，在六方密堆積結構中自間隙原子穩定性的壓力效應方面的定量研究卻鮮有報道。
研究人員以鋯作為原型物質，基于密度泛函理論的第一性原理計算了壓力對自間隙原子穩定性的影響。研究結果表明，壓力極大地影響自間隙原子的穩定性。在壓力存在時，基面上的自間隙原子較為穩定。在21 GPa下，自間隙原子構型的最低形成能量從基面八面體（Basal octahedral）向八面體（octahedral）轉變。在壓力達到30 GPa時，最低形成焓構型從基面八面體向啞鈴狀（split-dumbbell）轉變。另外，自間隙原子的形成體積隨著壓力的增加而單調減小。
該研究成果不但說明了預測壓力下鋯基材料的微結構演化時考慮壓力因素的重要性，而且對于設計和工程化高壓環境下工作的包層和結構材料具有重要的理論價值。
六方密堆積結構中的八種自間隙原子（綠色球）構型
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