在科幻大片《終結(jié)者》系列中，常常出現(xiàn)這樣的場面：阿諾德施瓦辛格掏出霰彈槍朝液體機器人射擊，巨響過后，身體和腦袋被打穿了數(shù)個大窟窿的液體機器人又慢慢恢復(fù)了原形。真是打不死的“小強”！

　　這真的是遙遠的明日科技嗎？還是就在我們身邊發(fā)生的事實？

　　東南大學孫立濤教授研究團隊發(fā)現(xiàn)，在極小的納米尺度下（小于10納米），普通的固態(tài)金屬在擠壓、拉伸等外力作用下，會像揉面團那樣柔軟，甚至像液態(tài)那樣任意變形；更為奇特的是，外力撤除后，還可以恢復(fù)原形。10月12日，這項研究的論文發(fā)表在國際著名期刊《自然材料》上，并被評為封面文章。

　　且慢，真的是普通的金屬就可以嗎？這不合乎直覺。

　　對，你沒有看錯，普通金屬在室溫下，就可能有這種神奇的特性，但是前提是要在納米尺度下。

　　東南大學電子科學與工程學院孫立濤教授團隊發(fā)展了一種原位電子顯微學技術(shù)，并基于此在國際上首次觀察到10納米以下固態(tài)金屬銀顆粒在室溫下的類液態(tài)行為。

　　科研人員告訴科技日報記者，宏觀的金屬材料的變形機制通常遵從經(jīng)典的位錯滑移和孿晶變形理論。然而，到了極小的納米尺度，金屬表面原子所占的比重越來越大，其變形機制越來越受表層原子的運動影響。我們都知道，表層原子是很活躍的，納米金屬就仿佛穿了一層水膜一樣的外衣，一旦受到任何外力，“水膜”一樣的外層原子就會呼啦啦先運動起來。這時候，納米金屬就兼具了固體和液體的特性，在擠壓后，表層原子迅速移動，形成了新的表面層。

　　這種變形機制會帶來一個特別的后果，那就是當撤除擠壓時，這層活躍的“水膜”分子又會呼啦啦往上跑，以降低表面能，直到把金屬顆?；謴?fù)原形。這樣，就出現(xiàn)了實驗中觀察到的那神奇一幕，不論怎么擠壓，金屬顆粒最終都會恢復(fù)原形。

　　科研人員把這種可以恢復(fù)原形的塑性行為，叫做贗彈性。

　　這種奇特的納米顆粒塑性形變，超越了傳統(tǒng)的金屬物理中位錯等缺陷導(dǎo)致的塑性形變理論，在變形的整個過程中顆粒內(nèi)部始終保持著完好的晶態(tài)結(jié)構(gòu)。這一發(fā)現(xiàn)暗示，隨著金屬顆粒尺寸減小，經(jīng)典的Hall-Petch規(guī)律中“越小越強”不再適用，會逐漸過渡到“越小越弱”。

　　這種神奇的贗彈性，會給我們帶來一系列神奇的結(jié)果。例如，可以制造出無論怎們變形都可以復(fù)原的金屬關(guān)節(jié)，具有記憶功能的存儲器件，打不穿的金屬防彈衣，甚至還包括我們前面提到的《終結(jié)者》液體金屬機器人。

　　同時，這項工作對于如何維持下一代納米電子器件中的互連線和電極的穩(wěn)定性，以及如何實現(xiàn)超小尺寸的納米加工工藝，有著重要的指導(dǎo)意義。因為隨著現(xiàn)代半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，集成電路中金屬互連線以及電極的特征尺寸正在向10納米逼近。在這樣小的尺度下，作為基礎(chǔ)框架的金屬形態(tài)是否還能像塊體材料那樣穩(wěn)定，科學家以前并不清楚?，F(xiàn)在新的問題是，證實了納米金屬顆粒塑性形變的現(xiàn)象后，如何保障在如此小尺度下電子器件物理性能的穩(wěn)定性？這一問題向現(xiàn)代集成電路產(chǎn)業(yè)提出了新理論和技術(shù)的挑戰(zhàn)。

　　據(jù)悉，這項工作是東南大學傳統(tǒng)電子學科與新興納米領(lǐng)域的交叉與融合的結(jié)果，得益于學校長期對基礎(chǔ)研究和國際學術(shù)交流合作的支持與重視。孫立濤教授課題組近年來依托原位透射電子顯微學技術(shù)，已經(jīng)在微納米器件、新型二維材料、納米金屬變形機制等領(lǐng)域取得了一系列研究成果。

(來源:科技日報)