在结晶材料中，通常认为可以通过引入缺陷来阻止脱位运动来改善材料的强度和硬度。基于此，经典的材料加强（硬化）方法包括固体溶液加强，脱位加强，降水加强和界面加强。其中，界面加强是指材料的高强度和高硬度通过减小材料的晶粒尺寸或增加晶体内界面密度。但是，当材料的晶粒尺寸或界面间距在纳米级处，尤其是在数十纳米到几种纳米的尺寸范围内，通过继续增加界面而获得的强（硬化）效果不再显着，甚至发生软化。为了继续在此尺寸范围内增强（硬化）材料，必须设计界面的原子尺度结构，以增强界面的内在能力以阻止位错运动。
最近，Hebei技术大学的Zheng Shijian教授使用CU/NB多层胶片作为模型材料来设计无序界面，通过在界面上引入超薄的无定形层。与CU/NB多层膜中没有无形层的有序界面相比，这种无序界面可以通过放松界面位错的平面内和平面外部成分来阻碍位错的移动，从而显着改善材料的硬度。相关的研究结果发表在Scripta Materiatia中，标题为“由CU/NB多层型中无序界面上的脱位核心扩散引起的硬化”。
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在这项工作中，通过Magnetron溅射方法制备了两种厚度为10 nm的单层CU/NB多层膜。在样品层和NB层中，Cu层和NB层在样品1中交替生长，在样品2中，还沉积了一个名义厚度为0.5 nm的无定形层。图1显示了温度的形态和相应的样品2和样品的高分辨率图像。但是，采样1具有有序的接口，样品2具有无序的接口。 As shown in Figure 2, by conducting nanoindentation hardness tests on the three groups of samples prepared repeatedly, it was found that the hardness of Sample 1 was 5.53±0.47 GPa, 5.69±0.26 GPa and 5.61±0.38 GPa, respectively, and the hardness of Sample 2 was 6.25±0.16 GPa, 6.62±0.31 GPa and分别为6.30±0.21 GPA。与样品1相比，样品2的硬度增加了11％。由于取向关系，样品2的晶粒尺寸和层厚度与样品1的层相同，因此样品2中的硬化应与界面的硬化能力有关。
图1（a）和（b）样品1和样品2的TEM形态图像； （c）和（d）样品1和样品2的界面高分辨率TEM图像
图2样品1和样品2的平均硬度（不同的颜色代表反复准备的三组样品）
如图3所示，分子动力学模拟表明，有序和无序界面的最大剪切强度分别为0.2 GPA和0.7 GPA。两个接口的剪切强度远低于Cu或NB完整晶体中致密晶体放电表面的剪切强度，这意味着两个接口都是弱剪切强度接口。因此，当层内错沿滑移向界面移动时，两个接口都很容易剪切和放松位错的平面成分，通过吸收脱位。
图3（a）具有有序界面（左）和无序界面（右）的Cu/Nb多层膜的模拟结构； （b）有序界面和无序界面的界面剪切强度；
如图4所示，位错和界面之间的相互作用通过限制层中弧形错位的滑移模型分析。当Cu层中与1/2 [0-11]的鲤鱼矢量脱位时，沿（-111）滑动平面进入有序的界面时，界面会经历剪切变形，然后将脱位吸引到界面中，并使位错离职的内部部分。但是，界面剪切变形仅放松位错的平面成分，而平面分量的位错仍然存在于界面上。随着位错继续向界面移动，界面上积累了大量平面成分的位错，这将导致界面上的应力浓度，从而促进界面上位错的成核和发射。另外，有序界面上存在大量的不匹配错位，这也可以促进位错核。随着界面上位错的成核和排放发射，位错成功地通过有序的界面滑动，释放压力并传输应变。但是，当Cu层与立方矢量的脱位沿滑动表面进入无序界面时，无序界面上的自由体积可以帮助产生和扩散空位的空位，以便通过促进界面上的脱位来促进位错的平面外部成分。此外，由于无序界面也是弱剪切界面，因此无序界面也可以在错位的应力场下发生剪切变形，从而放松位错的平面成分。由于位错的平面内和平面成分被无序的界面放松，因此位错将很难移动，并且更难通过界面。无序界面严重限制了位错的运动，导致样品2的界面硬化。
图4（a）界面两侧的滑动系统的例证； （b）层中弧形脱位的滑移的说明； （c）示意错位与有序界面之间的相互作用； （d）脱位与无序界面之间的相互作用的说明；
简而言之，作者使用了10nm层厚度的CU/NB多层膜作为模型材料设计无序界面以提高界面的强（硬化）能力，从而显着提高了材料的硬度。进一步的仿真和分析表明，这种无序的界面可以放松界面位错的平面内和平面成分，因此很难移动位错。通过引入超薄无定形层制备的这种无序界面可以广泛用于纳米结构材料中，以实现超高的强度和硬度。同时，这项工作为接口工程提供了一个新的想法，即通过设计材料的原子尺度接口结构来调节性能。
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