材料在极端环境下的变形和性能退化机理一直是力学研究的热点，尤其是高温，高压环境。近日，华理陈浩特聘副研究员及其合作者通过结合原位Laue X射线衍射实验，分子动力学模拟以及大变形马氏体相变理论揭示了一种由位错缺陷诱导的马氏体相变新结构，相关研究成果以“Nontrivial nanostructure, stress relaxation mechanisms, and crystallographyfor pressure-induced Si-I to Si II phase transformation”为题，发表在《自然—通讯》（Nature Communications, DOI:10.1038/s41467-022-28604-1）上，并被列入Editors’Highlights page。
由于硅的马氏体相变具有很高的各向异性，硅的马氏体相变并不遵循经典的晶体学理论方程。研究发现硅在高压下，由大变形的Si I和Si II的第三变量结合组成的纳米条带通过{111}面和基体的Si I结构构成了新的马氏体相变结构。通过大变形马氏体相变理论推导，可以发现这种结构最小化了界面不匹配度，从而降低了系统整体的变形能。通过不含位错的硅试样的原位X射线衍射实验，实验过程中并没有发现孪晶条带和大变形Si I。但通过预置位错的Si试样，可以同时发现孪晶条带和大变形Si I条带的出现。分子动力学模拟和原位X射线衍射实验互相验证了这种新的马氏体相变结构。
大变形的Si I可引起局部大界面应力并导致Si进一步转化为其他马氏体相，包括Si-III，IV，VIII，IX，XI以及XII，甚至非晶相Si。因此进一步加压载荷将会引起其他新的马氏体相变，值得未来进一步研究。
该论文第一作者单位为华理承压系统和安全教育部重点实验室，机械与动力工程学院特聘副研究员陈浩完成了分子动力学模拟以及实验耦合的工作并撰写和修改了论文，为论文第一作者。实验和理论合作者为来自爱荷华州立大学的Valery Levitas教授以及美国Argonne国家实验室Dmitry Popov和NenadVelisavljevic博士。该研究工作得到了国家自然科学基金青年基金以及上海市扬帆计划的资助。
相关链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-28604-1
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