新研究揭示了为什么金 (111) 表面会形成人字形纹理

黄金是一种贵金属，可以说是珠宝和硬币中使用最广泛的金属，因为它的物理特性在金属世界中是独一无二的。 它不仅是热和电的良导体，而且不受空气和大多数试剂的影响。 它还用于广泛的工业、科学和医疗应用。 例如，它已被用作分子自组装的模板，二维材料生长的支撑材料，特别是用于碳Nano带的合成。 半个多世纪前，研究人员在Nano尺度上揭示了黄金表面的奇特纹理。 从那时起，为了更好地理解Atom尺度的表面结构而付出的努力不断得到回报。

Au(111) 表面是最稳定的金表面，其上具有周期性的人字形纹理，可以通过精密的显微镜观察到。 一个长期的谜团是为什么这个奇怪的人字形会在这个金色的表面上形成。 几十年来已经进行了广泛的研究，但仍然缺少对结构细节的全面描述，因此其潜在机制从未被正确理解。 这个问题的难点在于，即使纹理的尺寸是Nano级，它的周期单元仍然包含超过100,000个Atom。 为了定量研究这个系统，需要一种非常有效且非常精确的计算方法。 然而，在传统方法中，这两个要求不能同时满足。

最近，UNIST 基础科学研究所（IBS）多维碳材料中心（CMCM）特聘教授冯丁（材料科学与工程系）及其同事利用最先进的神经网络方法从一种准确但缓慢的计算方法训练黄金力场。

由于神经网络强大的学习能力，这种新的力场获得了几乎相同的精度，更重要的是，它比原来的方法快了许多数量级。 利用这个力场，作者成功地模拟了在 Au(111) 表面上通过实验观察到的人字形纹理，并揭示了在表面下方存在不可忽略的变形。 这种变形对于人字形纹理的形成至关重要，因为它允许重新排列的表面Atom有效地松弛。 如果变形被抑制（以薄模型为例），纹理将形成条纹。

同时，作者还验证了人字形纹理对施加的应变敏感。 在无应变表面上，人字形纹理是镜像对称的。 但是，如果引入轻微的应变，纹理就会倾斜。 超过临界应变，它会彻底转变为条纹纹理。

“这项重要的工作扩展了机器学习方法在材料科学中的应用，并开辟了研究复杂表面系统的新途径，”研究团队指出。

本研究由丁峰特聘教授牵头，第一作者为派力博士。 这项研究的结果已发表在 2022 年 10 月的《科学进展》杂志上。

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故事来源：

材料 由…提供 蔚山国立科学技术研究院(UNIST). JooHyeon Heo 原创。 注意：内容可能会根据样式和长度进行编辑。