香港城市大学（城大）的研究人员与本地及海外大学的专家合作，重塑了科学家对晶体材料动力学过程的基本认识，为材料加工和微观结构定制提供了新方法。
这项研究发表在《科学》杂志上，题为“晶界是布朗棘轮”。
晶体的特点是原子在晶格结构中排列整齐。晶界是不同取向晶体相交的平面缺陷。大多数晶体材料都是多晶，是许多不同取向的多面体晶粒的聚集体。
因此，晶界是材料中常见的缺陷，它深刻地影响着材料的力学和物理性能。操纵晶界的人口出现了一个有效的策略，以调整材料的性质。
传统上，人们认为晶界的迁移速率与驱动力成正比，并假定比例系数，即迁移率为常数。然而，本研究挑战了这一观点，揭示了晶界迁移率是迁移方向相关的，而不是一个恒定的值。
因此，晶界可以在没有净驱动力的情况下单向迁移。有趣的是，这种非驱动的晶界迁移类似于布朗棘轮的单向旋转，”香港城市大学材料科学与工程系（MSE）教授韩建说。
研究表明，大多数晶界的迁移率取决于晶界迁移的方向。通过对不同条件下的众多晶界进行原子模拟，研究人员已经证实，只要晶界附近的两个晶粒不对称相关，晶界迁移率就表现出方向性，这是一种常见的情况。
由于晶界在一个方向上的移动比在相反方向上的移动快，在零附近振荡的驱动力可以诱导晶界在一个方向上的移动。研究人员用布朗棘轮模型解释了这种行为。
布朗棘轮是一种棘轮单向旋转的装置，由于原子的随机踢动，桨轮在任意一个方向上随机旋转。同样，当受到振荡驱动力或温度的影响时，晶界也会单向迁移，”该论文的第一作者、MSE博士生邱才豪说。
这项研究重塑了目前大多数研究者和教科书对晶界动力学的理解，并暗示了一种控制材料微观结构演变的新方法。
本文通讯作者为韩教授、香港大学David Srolovitz教授、德累斯顿工业大学Marco Salvalaglio教授、加州大学欧文分校潘晓青教授。
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