据外媒报道，加州大学欧文分校（University of California, Irvine）和其他机构的研究人员首次获得多晶材料中晶粒旋转的原子层面观测结果。这些物质具有独特的性质和结构动力学，广泛应用于电子设备、航空航天技术、汽车应用和太阳能系统。

（图片来源：加州大学欧文分校）

利用加州大学欧文分校材料研究所的先进显微镜工具，研究人员能够加热铂纳米晶体薄膜样品，并以前所未有的细节观察驱动晶粒旋转的机制。

该研究采用四维扫描透射电子显微镜（4D-STEM）和高角度环形暗场STEM等先进技术。为了克服解释大型4D-STEM数据集的挑战，研究人员开发了一种基于机器学习的新型算法，以提取关键的数据信息。这些功能强大的成像和分析工具提供了所涉及原子过程的直接、实时视图，特别强调晶界断线的作用。

研究人员Xiaoqing Pan表示：“几十年来，人们一直在对发生在晶粒边界的现象进行推测和理论化。现在，通过使用先进的科学仪器，我们已经能够从理论转化为观察。”

晶界是多晶材料中单个晶粒之间的界面，可能存在容易影响导电性和效率的缺陷。研究人员发现，这些物质中的晶粒旋转是由于沿着晶界的断线（disconnections，具有阶梯状和位错特征的线缺陷）传播而发生的。这一发现极大地促进了对纳米晶材料微观结构演变的理解。

通过由机器学习辅助的数据分析，该研究还首次揭示了晶粒旋转与晶粒生长或收缩之间的统计相关性。这种关系源于断线运动驱动的剪切耦合晶界偏移，这得到了STEM观察证实和原子模拟支持。这一发现十分重要，因为它不仅阐明了晶粒旋转的基本机制，而且提供了对纳米晶体材料动力学的见解。

研究人员表示，这项研究结果为晶粒在多晶体原子尺度上旋转的机制提供了明确、定量和可预测的证据。了解断线现象如何控制晶粒旋转和晶界迁移过程，可以为优化这些材料的微结构提供新的策略。这些知识将促进电子、航空航天和汽车等各个行业的技术进步。总体而言，该研究有望提高多晶材料的性能和可靠性，使其具有广泛的应用前景。