近日，我校物理学院青年教师董丹丹博士在合金成分起源研究方面取得重要进展。研究成果以 “Molecule-like chemical units in metallic alloys”为题，在线发表在材料领域顶级期刊Science China Materials上（DOI：https://doi.org/10.1007/s40843-020-1659-1），并被该期刊选为亮点文章在微信公众账号上推广（https://mp.weixin.qq.com/s/C2CJBg2fFtS7Kbj96xEn9A）。

 成熟的工业合金具有特殊的成分，以工业牌号形式固化，但这些牌号均产生自百余年工业实践，而人们长期以来缺少对其成分来源的理论认识，原因在于化学键在空间连续分布，无法在合金固溶体结构中定义出类似于分子的化学成分载体。该工作引入了描述化学近程序起源的Friedel振荡理论，结合之前发展的团簇加连接原子模型，指出在固溶体中亦存在类似于分子的“化学结构单元”，覆盖最近邻的原子团簇和若干位于次近邻的连接原子, 表述为团簇式形式：[团簇](连接原子)，体现着近程序结构特征，具有类似于分子的电荷平衡和平均密度特点，构成合金成分的最小结构载体。

图1合金中类分子式的化学结构单元（阴影区域内的原子）形成的物理机制

由此，该文回答了长期未决的工业合金成分来源问题：合金化元素通过形成化学结构单元在固溶体中实现均匀分布，进而保证了组织均匀性，因此优质合金必然满足特定的结构单元及相关团簇成分式。本文进而给出了面心立方固溶体合金中的化学结构单元计算方法, 获得了面心立方常用工业合金牌号的化学结构单元，解释了Cu、Al、镍基高温合金、不锈钢等基于面心立方固溶体的工业合金牌号成分，例如最常用的黄铜Cu-30Zn可表述为团簇式[Zn-Cu₁₂]Zn₄。

《ScienceChinaMaterials》为材料领域中科院大类一区杂志，影响因子6.098。该工作的第一作者为我校董丹丹博士，合作者为大连理工大学王清教授、大连交通大学董闯教授和香港城市大学T.G.Nieh教授。