經典的McLean偏聚理論認為溶質/雜質在界面上一般以單層或亞單層無序方式形成偏聚，忽略了界面原子之間的相互作用，沒有界面結構轉變。近期，中國科學院金屬研究所研究員楊院生團隊與東北大學教授秦高梧團隊合作，利用球差校正的HAADF-STEM技術在Mg-Nd-Mn三元體系中發現Nd/Mn溶質原子在線性傾轉晶界上發生周期性的非對稱有序偏聚，形成了如圖所示的4種新偏聚模式。結合分子動力學模擬及Voronoi分析，發現這些線性非對稱/對稱傾轉晶界上存在周期性交替分布的張應變區與壓應變區，溶質原子在彈性應變最小化的驅動下偏聚到晶界上的特定張/壓位點，形成由特定準結構單元組成的二維界面超結構。與完全對稱的人造雙晶界面或無位錯的孿晶界面偏聚模式不同，這些周期性非對稱偏聚的發生主要是由線性傾轉晶界兩側局部應變不對稱造成的。進一步研究表明，原子尺寸失配效應以及原子之間的化學鍵合作用是形成多原子層厚度界面超結構的主導因素；此外，原子之間的相互作用誘發了界面相變。
該研究豐富了人們對于應變驅動溶質/雜質原子在界面偏聚行為的理解。溶質偏聚形成的周期性界面結構可能廣泛存在于多晶材料的線性晶界中，由于線性晶界是塊體材料中最為常見的面缺陷，尤其是金屬材料熱變形過程中經常出現高密度的線性晶界，調控這些晶界的溶質原子偏聚行為將為提高金屬材料的力學性能開辟新方向。科研人員基于該研究已開發出低成本、低合金含量的超高強Mg-Nd系耐熱鎂合金，并已申請國家發明ZL。
相關研究成果以Nonsymmetrical Segregation of Solutes in Periodic Misfit Dislocations Separated Tilt Grain Boundaries為題，發表在Nano Letters上。研究工作主要由金屬所高溫結構材料研究部特別研究助理黃秋燕（論文通訊作者）、東北大學講師謝紅波（論文第一作者）、副教授潘虎成（論文通訊作者）等完成。研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、遼寧省“興遼英才計劃”創新團隊基金和中國博士后科學基金等項目的支持。
Mg-Nd-Mn合金中溶質原子在4種線性傾轉晶界上的非對稱有序偏聚