从单个原子到块体材料中强度物理性质的阶梯式涌现
介观与纳米尺度物理
2011-10-25 v1
摘要
众所周知，当块体材料缩小到纳米尺度时，强度或尺寸无关的物理性质会变得与尺寸相关。本研究以银为例，展示了当系统尺寸从单个原子增加到块体时，广延性质的一个显著涌现特征——性质（强度）以阶梯方式演化，而非直观假设的连续趋近于饱和的块体值。换句话说，观察到的随尺寸的变化以尺寸无关的阶梯平台形式保留了强度性质的内在特征。这些阶梯可以通过原子在初始接近块体时必须采用的简单且必要的几何构型来解释。如果没有这些观察结果，那么报告在单个原子 Ag 桥极限下观察到的强度接近理论极限（比块体单晶高 3-4 个数量级）将是引人注目的。阶梯的出现对微小扰动极为敏感，而它们的观察得益于在高度稳定的原子尺寸桥中测量的力和位移具有皮米级分辨率。然而，如果加以适当利用，这些结果开辟了仅基于尺寸赋予同种材料截然不同强度的可能性。结合通过混合不同直径和表面能的元素来改变阶梯位置和高度的可能性，为“按需设计材料”提供了一条现实途径。这些结果也为材料中涌现物理性质的演化轨迹提供了一个实例。
引用
@article{arxiv.1110.4908,
title = {Stepwise emergence of an intensive physical property from a single-atom to bulk},
author = {Jason N. Armstrong and Susan Z. Hua and Harsh Deep Chopra},
journal= {arXiv preprint arXiv:1110.4908},
year = {2011}
}