近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所科研人员参与的六方密堆积结构中自间隙原子稳定性高压效应研究取得突破，此项研究工作于7月18日发表在Nature集团旗下的刊物《科学报告》上。
晶体的自间隙原子对于微结构在纳米尺度上的转变具有至关重要的作用，决定着材料的稳定性。伴随着一个自间隙原子的产生会造成较大的局域压力和应力。在微结构中普遍存在热梯度导致的热压力，压力是决定自间隙原子稳定性的一个重要因素。然而，在六方密堆积结构中自间隙原子稳定性的压力效应方面的定量研究却鲜有报道。
研究人员以锆作为原型物质，基于密度泛函理论的第一性原理计算了压力对自间隙原子稳定性的影响。研究结果表明，压力极大地影响自间隙原子的稳定性。在压力存在时，基面上的自间隙原子较为稳定。在21 GPa下，自间隙原子构型的最低形成能量从基面八面体（Basal octahedral）向八面体（octahedral）转变。在压力达到30 GPa时，最低形成焓构型从基面八面体向哑铃状（split-dumbbell）转变。另外，自间隙原子的形成体积随着压力的增加而单调减小。
该研究成果不但说明了预测压力下锆基材料的微结构演化时考虑压力因素的重要性，而且对于设计和工程化高压环境下工作的包层和结构材料具有重要的理论价值。
六方密堆积结构中的八种自间隙原子（绿色球）构型
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