Research Abstract

弾性限界を超える連続的かつ可逆的な格子変形のin situ原子スケール観察

In situ atomic-scale observation of continuous and reversible lattice deformation beyond the elastic limit

2013年9月10日 Nature Communications 4 : 2413 doi: 10.1038/ncomms3413

結晶格子内に維持できる弾性ひずみは、離散的な転位運動、変位型変形双晶形成、応力誘起相変態によって媒介される非弾性降伏の開始や、欠陥に伴う割れによって制限されることが多い。今回我々は、34.6%程度の可逆的せん断ひずみまでニッケルナノワイヤーを曲げたときの連続的かつ漸進的な格子変形について報告する。このせん断ひずみは、非拘束負荷に対する弾性ひずみの理論限界の約4倍である。透過型電子顕微鏡内部でのナノワイヤーのin situ曲げ実験によって、機能する変形メカニズムが明らかになった。結晶の連続的な格子変形過程の全てが、ひずみ負荷経路においてそのまま観察された。この格子変形過程は、面心立方格子から始まり体心正方構造になるような直交格子の状態を経て、最後に再配向した面心立方構造になる。

Lihua Wang1, Pan Liu1,2, Pengfei Guan2,3, Mingjie Yang4, Jialin Sun4, Yongqiang Cheng3, 平田 秋彦2, Ze Zhang1,5, Evan Ma3, Mingwei Chen2 & Xiaodong Han1

  1. 北京工業大学(中国)
  2. 東北大学 原子分子材料科学高等研究機構
  3. ジョンズ・ホプキンス大学(米国)
  4. 清華大学(中国)
  5. 浙江大学(中国)
The elastic strain sustainable in crystal lattices is usually limited by the onset of inelastic yielding mediated by discrete dislocation activity, displacive deformation twinning and stress-induced phase transformations, or fracture associated with flaws. Here we report a continuous and gradual lattice deformation in bending nickel nanowires to a reversible shear strain as high as 34.6%, which is approximately four times that of the theoretical elastic strain limit for unconstrained loading. The functioning deformation mechanism was revealed on the atomic scale by an in situ nanowire bending experiments inside a transmission electron microscope. The complete continuous lattice straining process of crystals has been witnessed in its entirety for the straining path, which starts from the face-centred cubic lattice, transitions through the orthogonal path to reach a body-centred tetragonal structure and finally to a re-oriented face-centred cubic structure.