原子在材料中的运动在某些情况下会引起问题。原子分辨电子显微镜技术使瑞典Linköping大学的研究人员首次观察到一种材料科学家们几十年来一直没有发现的现象。这项研究发表在科学报告．
在某些情况下，保持边界是极其重要的。一个例子是薄膜技术，它使用各种极薄的薄膜材料堆叠在一起。原子在物质中的热诱导运动，扩散,是众所周知的。早在20世纪50年代，人们就提出了一种沿着材料线性缺陷的特定扩散，但此后一直是一个理论概念，研究人员从未能够直接观察到它。相反,理论模型间接方法通常被用于测量这种现象，称为位错-管道扩散。
Linköping大学和加州大学伯克利分校的研究人员现在终于能够观察到原子在薄膜层之间的迁移。他们使用了高分辨率的扫描透射电子显微镜(STEM)，从而可以对其位置进行成像单个原子的材料。他们研究的样本是一层薄膜，其中厚约50亿分之一米的金属氮化铪(HfN)层与半导体氮化钪(ScN)层交替。
HfN/ScN层的特性使该材料适合用于，例如，涂层技术和微电子学。由于稳定性的原因，金属层和半导体层不能混合是非常重要的。如果原子在膜层间扩散形成一个封闭的桥，就会出现问题，类似于电短路。
“我们研究的材料是一个完美的模型系统，但这种类型的扩散几乎发生在所有材料中。手机、电脑等使用的所有电子元件中都含有金属和半导体。这就是为什么材料科学家理解这种扩散是很重要的，”Linköping大学物理、化学和生物学系副高级讲师Magnus Garbrecht说。
文章中描述的发现是在Magnus Garbrecht将HfN/ScN加热到950°C时发现的。他注意到铪正在向底层扩散。原来产生这种现象的材料是有缺陷的。研究人员将这种材料加热几次，然后使用STEM技术对其进行检测，并测量单个原子移动的距离。
Magnus Garbrecht说:“我们测量到的数值与之前使用间接方法和理论模型的实验结果吻合得很好，这让我们相信我们看到的真的是位错管道扩散。”
研究人员解释了为什么原子在材料受热时会扩散。在线性缺陷周围的区域，单个原子相对于其他原子有轻微的位移。原子倾向于以完美的立方对称排列，当这种排列受到干扰时，晶格内的应变就会增加。研究人员在研究中表明，这种紧张随着原子分散。
“扩散减少了材料中的应变，这就是为什么它只发生在穿过材料的线性缺陷，”Magnus Garbrecht说。
(图片来源:Linköping Universitet)
了下:M2M(机对机)
