9月17日消息，arXiv 于9月16日收录的预印本（编号2609.18446，作者 Martina Ruffino、Baptiste Bienvenu、Xuyang Zhou、Dierk Raabe、Yan Ma）提出并验证了“位错连接”（disconnections）作为磁铁矿-赤铁矿氧化相变的元缺陷载体，为金属氧化物氧化还原体系的相变机制补上了原子级拼图。

磁铁矿（Fe3O4）与赤铁矿（Fe2O3）之间的相变虽长期受到广泛关注，但其原子级细节一直缺乏深入理解：磁铁矿转变为赤铁矿需要向体系添加氧（净扩散通量）与铁离子的长程扩散，但赤铁矿却被观察到沿密排面 {0001}Fe2O3//{111}Fe3O4 的明确惯习面生长——这意味着相界面在体相中的推进保持氧亚晶格固定（至多经历一个剪切），而只需铁离子的长程输运。

研究团队利用界面缺陷的拓扑模型，预测出该体系的三种位错连接模式（即具有位错特征的界面台阶），并在部分氧化的磁铁矿粉末的赤铁矿/磁铁矿界面中，用扫描透射电子显微镜（STEM）确认了它们的存在。随后通过原子尺度模拟确定位错连接的平衡结构，研究其运动方式及如何完成相变，模拟结果与原子分辨实验观察高度吻合。

该研究展示了“拓扑预测+原子分辨成像+原子模拟”三方互证的研究范式，把一个长期模糊的体相相变还原为可辨识、可模拟的界面元缺陷行为。金属氧化物氧化还原反应的相关兴趣广泛存在，这类界面机理认识为理解含铁氧化物在氧化环境中的结构演化提供了定量基础，也为依赖氧化物循环的化学过程提供了机理层面的参考工具。 （来源：arXiv）