近日，大连理工大学分析测试中心谢红波副研究员在镁合金微结构解析研究方面取得重要进展，研究团队在镁合金中发现了一种构成各类已知Laves相的基础二维构筑单元，并结合理论计算系统揭示了其原子结构特征、形成机制与演化规律，相关研究成果以“镁合金中受限二维Laves构筑单元结构的发现”(Discovery of confined two-dimensional Laves tiling in a magnesium alloy)为题发表于《自然-通讯》(Nature Communications)。

图1 Laves结构示意图

Laves相是重要的金属间化合物结构类型，主要包括MgZn₂型、MgCu₂型和MgNi₂型三类典型结构。与传统FCC或HCP结构以单原子层为基本堆垛单元不同，Laves相由多层二维Laves铺砌构筑块组成，其几何本质来源于二十面体柱的周期性铺砌，是各类Laves结构共享的基本框架。然而，作为基本结构单元存在的原子级单层Laves构筑块，此前始终缺乏直接实验验证。

图2 Mg合金中受限二维Laves结构的HAADF-STEM图

研究团队通过球差校正HAADF-STEM、原子分辨EDS、三维原子探针APT等表征手段以及第一性原理和分子动力学模拟，在峰时效Mg-Al-Ca合金中首次直接观察到一种嵌入镁基体(0001)基面的受限二维Laves元结构。该结构核心厚度仅约4.62Å，相当于单层Laves构筑单元;其内部呈现类Al₂Ca构型，并在周围Mg/Ca界面原子层的协同作用下实现原子尺度稳定化。深入解析发现析出结构周围独特的界面应变能够有效抑制AI原子沿[0001]α方向扩散，从而限制析出相沿厚度方向长大。该发现不仅为理解Laves结构的形核、稳定及相变机制提供了关键认识，也为Mg-Al-Ca合金时效析出行为调控及新型高强轻质合金设计提供了重要理论依据。

谢红波副研究员为论文第一作者，大连理工大学材料学院卢一平教授、沈阳化工大学李姗姗博士和东北大学马先德博士为通讯作者。