2025年2月13日，77779193永利集团周继寒课题组在Nature Communications上发表了题目为“Strain release by 3D atomic misfit in fivefold twinned icosahedral nanoparticles with amorphization and dislocations”的研究论文。在该项工作中，作者通过原子分辨电子三维重构技术(AET)精准解析了大量具有二十面体构型的多孪粒子的三维原子结构，在多孪粒子应变缓解机制的科学问题上打破了传统认知，在被人们广泛接受的非均匀应变模型基础上，提出了另一种新的模型：二十面体多孪粒子的应变缓解不仅仅通过简单的位错或旋错等形式，二十面体形貌和缺陷结构的两面性、部分四面体晶区的非晶化是五重孪晶稳定的重要因素。

　　在晶体生长过程中，晶粒孪晶化形成的多孪粒子在晶体学、物理化学和材料科学中受到广泛关注。多孪粒子中的晶格错配应变和缺陷是理解和调整其电子性质的关键。在经典晶体学教科书中，通常认为单元素的原子堆积形成的标准面心立方四面体无法填充整个几何空间，在过去几十年间，均匀应变模型和非均匀应变模型被广泛用于解释晶体中本不该存在的五重对称结构。随着高分辨电镜的应用，非均匀应变模型更多的被人们所认可，但是对多孪粒子的形貌表征局限于二维电子显微图像，人们对其三维空间角缺陷填充和应变缓解机制的理解较为有限。

　　研究者通过AET技术解析了多个具有两面性形貌的二十面体纳米颗粒的原子结构，发现一个形貌规整的五重对称面(C5 side)总是对应一个原子排列无序的面(C5' side)，在二十面体中形成两个半球，局部键取向序也表现出了双面异质性。在C5 side,每个面心立方堆积(fcc)的晶区均匀扩张，五个六方最密堆积(hcp)晶界相交，在交线处形成五重轴，具有完美的五重对称形貌；在C5' side, hcp晶界滑移形成的刃位错与轴向原子配位，刃位错填充了五重轴附近的空间角缺陷。值得一提的是，在C5' side,研究者还发现了两个小晶区的非晶化特征，无序的非晶区发生了膨胀,原子堆积效率极大降低，导致了大量的应变弛豫，填充了颗粒近表面的空间角缺陷。此外，该研究还发现了局部键取向序、位错分布、固体角和四面体晶区尺寸的双面异质性。该项工作为五重对称纳米孪晶的形成机制的原子模型建模和晶格畸变、缺陷的计算模拟提供了新的见解。

图1. 金二十面体纳米粒子的三维原子结构。　　

　　文章的共同第一作者是77779193永利集团2021级博士生孙震、张尧，通讯作者是周继寒研究员。

　　该工作得到国家自然科学基金委、北京分子科学国家研究中心资助，并得到了永利集团电子显微镜实验室、永利集团高性能计算平台的支持。

　　论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-56842-6