本报讯（记者张楠）中国科学院金属研究所研究员李秀艳团队在研究纯铂晶粒时，首次发现了纳米尺度下 Kelvin 晶体的存在，并证实Schwarz晶体是一种比Kelvin晶体更稳定、更普遍的亚稳态结构。该研究揭示了极小尺寸纯铂晶粒的几何形状与稳定性之间的密切关系，为纳米多晶金属材料的稳定性和设计提供了新见解。近日，相关成果发表于《物理评论快报》。

Kelvin晶体一直被视为金属中唯一可能的稳定形状。然而，新研究挑战了这一传统认知。李秀艳团队通过冷轧和低温高压扭转两种特别的方法，将纯铂的平均晶粒尺寸细化至4纳米和2~3纳米的极小尺度。透射电子显微镜表征结果显示，4纳米样品中的晶粒仍保持了锐利的边界和棱角，呈现出典型的Kelvin晶体构型。但引人注目的是，当晶粒尺寸进一步细化至2~3纳米时，样品的晶界呈现出显著的随机流形结构特征，其晶粒堆垛方式及高密度孪晶网络与先前报道的纯铜中Schwarz晶体一致。这一发现表明，Schwarz晶体是一种在纳米尺度下比Kelvin晶体更稳定、更普遍的亚稳态结构。

团队进一步研究揭示了两种晶体结构在热稳定性方面的显著差异。Schwarz晶体由于其极小面的晶界与紧密排列的孪晶网络相结合，能够有效平衡晶格的各向异性和热涨落带来的驱动力，从而显著提升了结构稳定性。相比之下，Kelvin晶体在高温或热涨落被放大的情况下，由于其晶界能的各向异性，容易发生失稳。

该研究不仅证实了纳米尺度下Kelvin晶体的存在，更揭示了Schwarz晶体作为一种更稳定、更普遍的亚稳态结构在纳米多晶金属材料中的重要性。该发现为纳米金属材料的设计和性能优化提供了新思路。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.056101