地壳裂成了七大 构造板块，它们在不断地滑动和碰撞。你看不见它的发生，但你可以看到结果：例如，板块碰撞时形成的山脉和喷发的火山，或者板块断裂时留下的山谷和海洋。
但地壳并非唯一表现如此。许多金属——包括对现代世界运转至关重要的钢铁、铜和铝——都是由微小的晶体颗粒组成的。如果你拿出一张这种金属片并对其施加拉力或压力，这些小颗粒就会相互移动，就像构造板块一样。它们的边界可能会发生移动。
经过多年的努力，材料科学家们现在已经证明，他们可以放大到原子尺度来观察这一过程。在一篇于 3 月 17 日发表在《科学》杂志上的研究中，他们解释了这如何能够使其他研究人员能够调整晶粒并塑造金属，使其成为更好的制造构件。
将金属描述为晶体可能听起来有些奇怪，但许多金属确实是晶体，就像宝石和冰一样。晶体的定义是它们的原子以规则的几何图案排列——例如，六边形或重复的空间立方体。另一方面，固体玻璃不是晶体，因为它的原子没有明确的结构，可以随意放置。
你可以把这些图案想象成城市里的街道网格。但如果一个城市足够大，很可能就不会只有一个网格。像纽约、东京或雅加达这样的特大城市可能由许多较小的城市、郊区或区域组成，每个区域都有自己角度的网格布局。
金属中的图案称为“多晶体”，其微晶体组件称为“晶粒”。晶粒可能具有相同的图案，但与邻居的连接不完全干净。有时一个晶粒的原子与另一个晶粒的原子不对齐，或者以不同的角度排列。
更重要的是，晶粒不是静止不变的；它们会相互滑动，或扭曲和舞蹈。用材料科学家的术语来说，所有这些都称为晶界运动。它会改变整个材料在受压时的行为。根据晶粒的排列方式，材料也可能变得更坚固——或更脆弱。
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几十年来，研究人员一直在尝试研究晶界运动。问题在于，要做到这一点，他们必须足够放大才能检查材料中单个原子的状况。
近年来，得益于透射电子显微镜，他们的进展比以往任何时候都更近。透射电子显微镜通过用电子轰击材料切片，并观察穿过另一侧的形状来扫描材料切片。
当晶界简单时，例如两个表面平坦的立方体相互扭转，这种方法是有效的。但大多数晶界要复杂得多：它们可能崎岖不平，或者可能以奇怪的角度穿过一块金属。“在这种情况下，观察、追踪和理解原子运动是非常具有挑战性的，”佐治亚理工学院的材料工程师、该《科学》论文的作者之一 Ting Zhu 说。
Zhu 和他的同事们研究了铂。铂 尽管稀有，却经常用于风力涡轮机叶片、计算机硬盘和汽车催化转化器。他们制作了厚度仅为十亿分之几米的铂截面，并将其置于电子显微镜下。他们还使用一种名为“自动原子追踪器”的软件来检查显微镜图像并标记原子。这样，研究人员就可以追踪这些单独的原子如何随时间移动。
当他们分析铂时，他们发现了一些意想不到的事情。有时，当晶粒移动并且它们的边界发生变化时，边缘的原子会从一个晶粒跳到另一个晶粒。边界会弯曲并改变以适应更多的原子。
Zhu 将原子的运动比作行进乐队成员的动作。“当一排乐队成员并行移动以通过邻近的队伍时，两排乐队成员会合并成一排，”他解释道。
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铂在这个领域似乎是一个闪耀的特例，但 Zhu 表示他们的研究也可以推广到其他金属。调整钢、铜和铝的晶粒可以使这些金属同时更耐用和更具柔韧性。
这是材料科学家们可以考虑的。Zhu 说：“工程制造这种细晶粒多晶体是制造更强工程材料的重要策略。”
Zhu 表示，他预计在大多数金属中都能发现这种晶界运动，包括含有多种元素原子的合金。为了证实这一点，材料科学家们必须放大研究每一种金属的原子，研究什么使得铝的特技不同于铜内部的舞蹈。
