元素百科为您介绍科学家发现位错是一种可用于有效调节材料物理特性的新组元。由沈阳材料科学国家（联合）实验室研究员、朱银莲研究员、唐云龙博士、刘英博士、王玉佳博士组成的材料界面电子显微学研究团队，利用高通量脉冲激光沉积技术，通过调节异质界面错误的白矢量，成功构建了具有巨大线性应变梯度、超低弹性和特殊物理特性的功能氧化物纳米结构。2017年6月30日，英国自然通讯(Nature Communications)该研究成果在网上发表。
应变（特别是不均匀应变）可以对特定材料结构进行梯度调节，从而调节甚至诱导产生母体材料所不具备的新物理特性。然而，非均匀弹性应变通常很难集成在特定的设备上，其主要困难在于非均匀弹性应变产生的“向错”具有非常高的应变能，难以稳定存在。如何突破“向错”应变的能量壁垒，有效控制材料元件中不均匀弹性应变，制备具有广泛响应特性的梯度功能材料，是当今先进功能材料领域面临的重大基础科学问题。
沈阳材料科学国家（联合）实验室的固体原子图像界面结构研究团队长期致力于基础材料科学问题的电子显微学研究。经过多年的学术积累，最近在解决上述基础科学问题方面取得了突破。在利用脉冲激光沉积技术生长氧化物异质界面的过程中，采用高通量模式，使BiFeo3/Laalo3(001)界面产生新颖的a[011]刃型位错阵列。根据差校正电子显微分析，这种新型位错阵列具有晶格旋转效应（类似弹性弯曲变形），在BiFeo3纳米结构中产生高达106/m的线性应变梯度。这种巨大的线性应变梯度通过弯电效应产生数兆伏/m的内电场(相当于传统半导体p-n结或肖特基结的内电场)，也大大拓宽了BiFeo3纳米结构的可见光吸收范围。这表明，巨大的线性应变梯度可以连续调节带间隙，从而影响光电响应特性，增强光催化特性。
研究结果表明，随着尺度的变化，“向错”的弹性具有很强的非线性特性，反映了巨大的尺寸效应。理论计算表明，即使其弹性应变梯度超过106/Laalo3系统中的纳米尺度BiFeo3/Lalo3系统m，该系统的弹性低于均匀应变下弹性的十分之一，甚至低于界面失配位错阵列本身的能量。
位错是材料科学的核心概念之一。这项工作改变了人们对功能材料中位错功能的传统理解：位错不一定是导致某些物理特性下降的结构缺陷，而是一个可以用来有效调节甚至产生优良物理特性的新组。该研究提供了如何利用位错的特性构建梯度功能材料的概念、原理和方法。
