TEM原位热电一体杆实现对二级相变材料相界的原子尺度精准、可重复调控

材料在宏观尺度和纳米尺度上表现出的行为差异极大。近年来对于二级相变材料在纳米尺度上的相变行为的研究也越来越多。但在二级相变材料构成的纳米单晶中，两相能否热力学稳定共存仍不清楚，而这种现象根据朗道理论严格来说不可能出现于块体材料中。同时，目前也不清楚能否在二级相变材料中实现原子尺度的操控。而这两点对于理解纳米材料中的相变行为及潜在的纳米器件应用上都有着至关重要的作用。

材料相变行为差异示意图

近日，浙江大学材料学院张泽院士和王勇教授（共同通讯作者）与中科院上海硅酸盐所陈立东、史迅研究员团队，美国伦斯勒理工学院张绳百教授，澳大利亚斯威本科技大学孙成华教授等人合作利用TEM结合DENSsolutions公司原位热电一体样品杆研究了Cu2Se在纳米尺寸中的相变特性，在楔形纳米单晶中揭示了Cu2Se两相共存的现象。通过考虑两相之间的表面能差异和形状效应，建立了热力学模型解释了两相共存的原因。有趣的是，由于表面与形状效应，二级相变材料在不同的位置表现出不同的相变温度。作者通过原位热电一体样品杆精确控制加热温度实现对相界的原子尺度调控，随着温度按0.5℃温差的降低和升高，相边界随即发生改变，实现相边界的可重复操作。这些发现将对相变的理解向纳米尺度进一步扩展，并为合理调控纳米材料的相变提供了新的思路。

相界随温度的迁移：通过TEM原位热电一体杆（DENSsolutions）对样品进行精确地温度控制，从图C可以看出，温度发生0.2℃的变化，晶界位置就会产生明显的迁移，随之不同相的厚度和比例随之改变，进而宏观上对材料的整体性能产生影响。这表明，精确地温度控制对于晶界的迁移十分重要。

该研究成果以题为“Nanoscale Behavior and Manipulation of the Phase Transition in Single-Crystal Cu2Se”发表于著名材料期刊Advanced Materials。

可重复操作的相边界：通过TEM原位热电一体杆（DENSsolutions）将加热温度进行微小改变，随温度升高和降低，相边界随之发生可重复的改变，而这种精确地、可重新性的操作是达成相变可控进而调控纳米材料性能的基础。