在凝聚态物质中已经观察到多种形式的相变，包括液-液、固-液、原子扩散固态、原子置换固态和高阶电子相变。所有这些转变都倾向于消除初始体系的不稳定性，从而获得更稳定的结果体系。马氏体转变（MT）是一种具有潜热释放的原子置换一阶结构相变。当温度、应力或磁场等外部条件发生明显的变化时，就会发生马氏体转变。MT 的一个主要特征是两相之间有晶体学关系。最初的晶格会随着单位晶胞内原子的运动而剪切成扭曲的结果，以此来降低了结构相变的能垒。相反，重构结构转变的特点是长程原子扩散。

  在来自中国科学院物理研究所的学者在镍-钴-锰-钒全金属 Heusler 合金体系中，在通常连接多个无晶体学关系的相的重构相边界上，意外地观察到了具有晶格剪切畸变的置换马氏体转变。实验和理论计算表明，母相在接近相界时变得越来越不稳定。由于来源于结构挫折的临界相竞争，具有适度一阶性质的晶格扭曲转变得以存活，在这种情况下，不同相的可比能量和形成偏好降低。在这种临界状态下，能够最终靠快速冷却、退火和磁场等外部场来调整包括马氏体转变在内的相选择。本研究揭示了一种破坏母相稳定性的新方法，通过这种办法能够获得基于相变的新型功能材料。相关工作以题为“Observation of atomically displacive transformation out of the boundary-reconstructive phase competition”的研究性文章发表在Acta Materialia。

  图 1. (a) 寻找马氏体转变（MT）的方法。插图分别为共价键（左）和范霍夫奇异点（右）。(b) 在室温下测量的 Ni25Co25Mn25V25(Co25Mn25) 和 Co50Mn25V25(Co50Mn25) 带状样品的 XRD 图。BCC 和 FCC 分别表示体心立方晶格和面心立方晶格。(c) 晶格参数与 Co 含量的关系。插图为传统晶格。(d、e）Co50Mn25（d）和 Co25Mn25（e）样品分别沿[001]和[100]区轴观察的高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）和相应的选区电子衍射（SAED）图。

  图 2. 图 2. (a) 在 0.1 kOe 磁场中测量的 Ni17Co33Mn25V25(Co33Mn25)、Ni14Co36Mn25V25(Co36Mn25) 和 Ni12.5Co37.5Mn25V25(Co37.5Mn25) 样品的 M-T 曲线 样品的差示扫描量热法（DSC，左）和零场电阻率（右）的温度相关性。箭头表示冷却和加热周期。表示转化起始温度（Ms）和完成温度（Mf），以及反向转化起始温度（As）和完成温度（Af）。(c) Co36Mn25样品母相（下图）和马氏体相（上图）的室温 XRD 图。(c) 中的马氏体状态是通过将样品在液氮中浸泡 20 分钟获得的。(d) Ni-Co-Mn-V 合金的伪三元相图（镍、钴和锰的相对含量归一化为 NixCoyMnz，其中 x + y + z = 75）。三角形和圆点符号分别代表伽马相和 B2 相。红点代表含有 MT 的成分；红色开口三角形符号表示热处理后含有 MT 的成分。

  图 3. (a) 和 (b) Co36Mn25 母相和马氏体变体的背散射电子（左）和 SAED（右）图案。SAED 图样分别沿 [001] 和 [210] 区轴观察。(c）Co36Mn25 样品马氏体相的 HRTEM。插图为放大部分。橙色线条提供视觉引导。(d) 5 倍调制（5 M）马氏体的结构，红线 母晶格。

  图 4. (a) Ni50-xCoxMn25V25带状样品的磁矩（M），以 5 K 时测量的饱和磁化为特征。用 CASTEP 方法计算的形成能与 Co 含量的关系（右轴）。(b）B2-型Ni50-xCoxMn25V25（表示为Cox）体系的自旋投影 DOS 计算结果。(c) 不同成分的铸件和带状样品的 XRD 数据。(c) 不同成分的铸件和带状样品的 XRD 数据。(d) 样品制备示意图。(e) 相边界周围的相竞争示意图。上部插图为原子扩散示意图。右下插图显示母体和马氏体相之间的晶体学关系。两相之间有一个习性面

  在本研究中，通过采用快速冷却计划方案，将全金属 Heusler 合金 Ni-Co-Mn-V 中的双相区简化为单相区。就在分离 FCC 相和 BCC 相的相界处，FCC相和 BCC 相之间的相变竟然发生了置换马氏体转变。随着BBC 母相的不稳定性增加，在相界中形成不同结构的偏好减弱，这在某种程度上预示着相变可以由外部参数诱发。马氏体相变是由于临界相界上的结构挫折和相竞争造成的。研究根据结果得出，在具有这种相界的体系中，相竞争和存活的相变是可以灵敏调节的。这项研究表明，相界周围的相竞争不仅揭示了马氏体相变的新机制，而且为发现新的相变材料提供了另一种方法，这些材料可用于形状记忆、固态制冷和能量转换等潜在应用领域。（文：SSC）