In Situ Atomic-Scale Study of Particle-Mediated Nucleation and Growth in Amorphous Bismuth to Nanocrystal Phase Transformation.
In Situ Atomic-Scale Study of Particle-Mediated Nucleation and Growth in Amorphous Bismuth to Nanocrystal Phase Transformation.
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非晶态铋到纳米晶相变中粒子介导的成核和生长的原位原子尺度研究
DOI：
10.1002/advs.201700992
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发表时间：
2018-06
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Deepak FL
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Li J;Chen J;Wang H;Chen N;Wang Z;Guo L;Deepak FL
在原子尺度上理解晶体成核和生长的经典和非经典机制对许多学科的科学家都有很大的兴趣。然而，实现直接的原子尺度观测仍然是一个重大的挑战。本文以薄的非晶态铋（Bi）金属纳米片为模型系统，在像差校正的透射电子显微镜下，提供了电子束下非晶态铋金属晶体成核和生长的直接原子分辨率。结果表明，金属铋从非晶态到晶态的相变过程中，晶核和生长是通过粒子介导的非经典机制进行的，而不是通过经典的原子介导机制。在两个相互接触的纳米颗粒中，小颗粒的尺寸及其相互取向关系对控制几种聚结途径至关重要：总重排途径、晶界迁移主导途径和表面迁移主导途径。序列应变分析表明，晶界的迁移是由两个Bi纳米晶的应变差驱动的，纳米晶的聚并是一个缺陷减少过程。这些发现可能为在原子尺度上阐明其他材料的纳米晶体生长机制提供有用的信息。
Understanding classical and nonclassical mechanisms of crystal nucleation and growth at the atomic scale is of great interest to scientists in many disciplines. However, fulfilling direct atomic‐scale observation still poses a significant challenge. Here, by taking a thin amorphous bismuth (Bi) metal nanosheet as a model system, direct atomic resolution of the crystal nucleation and growth initiated from an amorphous state of Bi metal under electron beam inside an aberration‐corrected transmission electron microscope is provided. It is shown that the crystal nucleation and growth in the phase transformation of Bi metal from amorphous to crystalline structure takes place via the particle‐mediated nonclassical mechanism instead of the classical atom‐mediated mechanism. The dimension of the smaller particles in two contacted nanoparticles and their mutual orientation relationship are critical to governing several coalescence pathways: total rearrangement pathway, grain boundary migration‐dominated pathway, and surface migration‐dominated pathway. Sequential strain analyses imply that migration of the grain boundary is driven by the strain difference in two Bi nanocrystals and the coalescence of nanocrystals is a defect reduction process. The findings may provide useful information to clarify the nanocrystal growth mechanisms of other materials on the atomic scale.
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