金属晶界附近间隙原子团簇的自阻塞效应

纳米晶材料中，晶界（GB）对辐射损伤的自修复能力长期以来被认为仅限于对间隙原子（SIA）的捕获以及由此引发的空位-间隙原子复合。然而，由于间隙原子偏聚的时间尺度与其他事件严重分离，且晶界处间隙原子丰度较高，缺乏对晶界附近间隙原子态的原子级图像，这成为理解其修复特性的主要障碍。在此，我们报道了在W、Mo和Fe金属晶界附近，间隙原子团簇（SIAn）存在一种普遍的“自阻塞”效应。当在晶界附近产生SIAn时，在晶界结构弛豫过程中，该团簇会立即被晶界捕获并阻塞于此，从而阻碍晶界进一步自发捕获其邻近区域的SIAn，并使这些SIAn滞留在晶界附近。令人惊讶的是，处于阻塞态的SIAn由于基本保持了其体相构型，其在晶界附近拥有的空位湮灭位点数量远多于被晶界捕获的SIAn。此外，它与体相区域的SIA还存在异常长程的排斥相互作用，这可能进一步影响晶界对SIAn的捕获。这种自阻塞效应可能揭示，晶界在修复纳米晶材料辐射损伤中的作用比先前基于晶界对SIA的捕获及其导致的空位-SIA复合所认识的有限作用更为关键和广泛。