Сиднейский университет: атомно-зондовая томография показала дейтерий в твёрдом растворе ГЦК-сплавов

Исследователи Сиднейского университета под руководством профессора Джули Кэрни сообщили о наблюдении водорода, растворённого между атомами металла в сплавах. Статья опубликована в Nature 4 ноября 2026 года и доступна через dx.doi.org dx.doi.orgdx.doi.orgdx.doi.orgОткрыть источник ↗. Команда использовала криогенную атомно-зондовую томографию (cryo-APT) и заменила водород дейтерием. Образцами служили гранецентрированные кубические (ГЦК) сплавы с несколькими основными элементами, содержащие когерентные ГЦК-выделения dx.doi.orgdx.doi.orgdx.doi.orgОткрыть источник ↗.

По данным авторов, атомы дейтерия воспроизводимо концентрируются в фазах с сродством к водороду, что согласуется с теоретическими предсказаниями dx.doi.orgdx.doi.orgdx.doi.orgОткрыть источник ↗. Они также зафиксировали различия в содержании дейтерия между фазами с разной локальной химией и кристаллической структурой. Эти различия согласуются с рассчитанными энергиями растворения водорода в данных фазах dx.doi.orgdx.doi.orgdx.doi.orgОткрыть источник ↗.

Три состояния водорода в металлах

Водород в кристаллических материалах существует в трёх основных состояниях: растворённым междоузельным атомом, в составе гидридов или захваченным дефектами, такими как вакансии, дислокации и границы зёрен dx.doi.orgdx.doi.orgdx.doi.orgОткрыть источник ↗. Гидриды и водород в дефектах изучались методом APT заметно шире. Водород в твёрдом растворе обнаружить труднее. Его растворимость низка: объёмноцентрированное кубическое железо обычно содержит лишь несколько десятков атомных ppm. Кроме того, он очень подвижен и может диффундировать к поверхности и десорбироваться до анализа. Криогенный перенос образца уменьшает эти потери, но не устраняет их dx.doi.orgdx.doi.orgdx.doi.orgОткрыть источник ↗.

Способы введения водорода добавляют неоднозначность. Электрохимическая зарядка может создавать очень высокую фугитивность водорода и большое число вакансий. Обработка электронным или ионным пучком при подготовке образца также может порождать вакансии, захватывающие водород dx.doi.orgdx.doi.orgdx.doi.orgОткрыть источник ↗.

Метод и модельные сплавы

Авторы выбрали ГЦК-сплавы, поскольку ГЦК-решётки обеспечивают более высокую растворимость и более низкую диффузионную подвижность водорода, чем ОЦК dx.doi.orgdx.doi.orgdx.doi.orgОткрыть источник ↗. Образцы-иглы для APT заряжали дейтерием электролитически. Использовали импульсы напряжения, а не лазера, чтобы снизить неоднозначность на фоне водорода в самом приборе dx.doi.orgdx.doi.orgdx.doi.orgОткрыть источник ↗.

Первой системой стал эквиатомный сплав CoCrNiFeMn, впервые разработанный Cantor и соавторами. Известно, что его локально искажённая решётка затрудняет диффузию водорода. После зарядки около 3 с уходило на удаление электролита, затем иглы закаляли в жидком азоте dx.doi.orgdx.doi.orgdx.doi.orgОткрыть источник ↗.

Авторы заключают, что APT способна не только выявлять гидриды и дефекты, декорированные атомами примеси, но и исследовать водород в твёрдом растворе dx.doi.orgdx.doi.orgdx.doi.orgОткрыть источник ↗. В университете заявляют, что результаты могут помочь объяснить, как водород перемещается в металлах и участвует в охрупчивании. Это лабораторное исследование на модельных сплавах.