晶格位錯的形核和運動是多晶體材料的基本塑性變形機制。在傳統多晶金屬材料中位錯的形核增殖和儲存空間很大，因此其塑性變形過程往往由晶格位錯的運動所決定，而位錯形核通常不是塑性變形過程的主導因素。阻礙晶格位錯運動的缺陷（如晶界或第二相顆粒等）越多，金屬材料的強度則越高。然而對于納米金屬材料（晶粒尺寸在納米量級），這一基本規律受到挑戰，即由于晶粒內部空間減小和晶界的約束作用，使晶格位錯的形核及運動在不同程度上均受到嚴重抑制，位錯形核及運動在材料塑性變形過程和力學行為中的作用將呈現新的特征。最近，美國布朗大學高華健教授研究組、美國阿拉巴馬大學魏宇杰教授與中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家（聯合）實驗室盧磊研究員和盧柯研究員合作，利用大規模分子動力學計算模擬，發現在納米孿晶金屬中的位錯形核可主導材料的塑性變形過程，該成果發表于2010年4月8日出版的《自然》雜志上（Nature, 464 (2010) 877）。

2004年盧磊研究組發現了具有超高強度和導電性的新一類納米結構金屬---納米孿晶金屬銅（Science, 304 (2004) 422），隨后于2009年又發現了納米孿晶銅中的極值強度和超高加工硬化效應(Science, 323(2009)607)，這些結果表明納米孿晶結構金屬材料具有獨特的塑性變形機制和力學行為?；谏鲜鰧嶒灠l現，這項合作研究利用大規模分子動力學模擬（1.4億個原子）和位錯形核分子動力學理論研究了納米孿晶結構金屬材料的變形機理，發現當孿晶片層厚度減小到臨界值時出現極植強度，此時由位錯塞積和位錯穿過孿晶界為主導的傳統強化機制（通常符合Hall-Petch關系）將轉變為由平行于孿晶界面不全位錯的形核和運動（引起孿晶界遷移）而主導的軟化機制。該計算模擬結果成功地解釋了納米孿晶Cu樣品中的極值強度和臨界孿晶片層厚度的關系，同時進一步表明了該極值強度與晶粒尺寸的依賴關系，即晶粒尺寸越小，臨界孿晶片層尺寸也越小，從而材料的極值強度越高。該研究從計算模擬的角度揭示了納米孿晶結構金屬中位錯形核源主導的特殊塑性變形機理，這不僅深化了人們對金屬材料力學行為及變形機理的納米尺寸效應的理解，同時也對納米孿晶結構金屬材料的基礎研究和實際應用具有重要的理論價值。

圖示：大規模分子動力學模擬表明，當納米孿晶Cu中孿晶片層厚度為1.25 nm時，大量位錯從晶界處形核并沿孿晶界方向運動，形成獨特的由位錯形核主導的塑性變形過程。