晶界是杂质原子快速扩散的通道，偏析的杂质对材料的性能有显著的影响，但杂质沿着晶界的快速扩散机制，特别是原子尺度的扩散机制尚不清楚。

近日，东京大学Yuichi Ikuhara，Ryo Ishikawa直接观察到Hf掺杂原子沿着α-Al₂O₃中的择优晶界扩散，采用时间分辨的原子分辨率扫描透射电子显微镜和Hf原子位置的统计跟踪。

文章要点

1）结合人工神经网络原子间势的分子动力学模拟表明，Hf原子通过与共偏聚的Al空位交换而优先沿着晶界扩散。

2）此外，研究人员证明了晶界间隙扩散可以大大提高Hf原子沿着晶界的扩散率，其中洗牌运动在降低晶界扩散激活能方面起着关键作用。

参考文献

Futazuka, T., Ishikawa, R., Yokoi, T. et al. Direct observation of substitutional and interstitial dopant diffusion in oxide grain boundary. Nat Commun 16, 9043 (2025).

DOI：10.1038/s41467-025-64798-w

https://doi.org/10.1038/s41467-025-64798-w