近日，西安交通大学卢晨阳教授团队联合香港城市大学、湖南大学，通过实验、分子动力学模拟以及理论扩散模型相结合，提出了一种全新的抗辐照材料设计策略：通过增强局域晶格畸变来同时“冻结”间隙原子与空位的迁移。相关成果以Realizing irradiation-resistant metallic alloys by immobilizing induced defects为题，发表在国际知名期刊《自然·通讯》（Nature Communications）。

研究设计了四种具有不同晶格畸变程度的FCC合金：Ni、NiFe、NiCoV以及Ni80Mo20，在室温下进行3 MeV Ni离子辐照实验。并通过累计级联碰撞分子动力学模拟，分析了辐照缺陷形成与扩散行为。实验结果表明：随着晶格畸变增强，位错环尺寸持续减小；在Ni80Mo20中，不仅缺陷尺寸最小，缺陷密度也显著降低；高晶格畸变能够有效抑制辐照缺陷长大。

这一结果说明，强晶格畸变可以显著减缓辐照诱导缺陷演化过程。同时，在Ni中，缺陷容易迁移并聚集形成大型团簇；在NiCoV中，间隙原子扩散减缓，但空位扩散反而增强；而在Ni80Mo20中，间隙原子和空位都呈现出高度局域化迁移特征。尤其值得注意的是，Ni80Mo20中的空位不再进行长程扩散，而是在局部晶格位置间反复“来回跳跃”，形成一种类似“冻结”的扩散行为。这一发现突破了传统认知，即高晶格畸变不仅能够抑制间隙原子扩散，还能够在极端情况下显著局域化空位运动。

为揭示空位被冻结的根本原因，团队进一步分析了空位形成能与迁移能分布。研究发现，增强晶格畸变会显著拓宽局域能量分布；虽然平均迁移能垒降低，但不同晶格位置之间形成了更强的局域能量陷阱；空位倾向于在相邻晶格位置之间进行“前后往返跳跃”，从而难以实现有效长程扩散。文章提出，空位扩散实际上由两种竞争机制共同决定——更低的迁移能垒促进空位跳跃；更强的局域能量涨落则增强空位俘获。当晶格畸变超过约4%后，后者开始占主导作用，最终导致空位扩散被冻结。

基于系统实验和理论分析，文章提出了一个统一的“晶格畸变调控缺陷演化”框架。低至中等晶格畸变：抑制间隙原子扩散；增强空位迁移；提高缺陷复合效率。极高晶格畸变：同时冻结间隙原子与空位；抑制缺陷聚集；形成更加稳定的抗辐照结构。这一机制成功解释了此前文献中关于空位团簇演化的矛盾实验结果，为基于固溶体合金以及高熵合金的抗辐照结构材料设计提供了新的理论基础和材料设计路径。

文章通讯作者：卢晨阳（西安交通大学），吴正刚（湖南大学），赵仕俊（香港城市大学）

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-73093-1

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