常规金属材料的塑性变形主要是通过Frank-Read位错源的开动来实现的。当晶体的尺寸缩小到10纳米以下时，晶内Frank-Read位错源不再存在，这时金属的塑性变形将转变为表面主导的机制。但是，这一形变机制包括位错如何形核、在哪里形核仍然不清楚，主要原因是缺乏对这一塑性变形过程的直接实验观察。最近，美国匹兹堡大学毛星原教授研究组、Sandia 国家实验室C.R. Weinberger、黄建宇博士与金属所沈阳材料科学国家（联合）实验室固体原子像研究部杜奎研究员合作，利用原位高分辨电镜实验，发现微小尺寸的金属是通过表面不连续地发射出不全位错来完成塑性变形的，该成果已发表在《自然-通讯》杂志上(Nature Communications, 1 (2010) 144)。

　　这项研究发现：与块体金属材料的Frank-Read位错源主导的形变机制截然不同的是，10纳米以下的金属晶体的塑性变形是由表面台阶附近不连续地形核所产生的不全位错所主导的；定量原位高分辨像分析直接检测到位错表面形核所引起的表面局部应力的释放。对晶体加载的方向和晶体的表面形态会影响小尺度金属的变形机制，从而决定晶体的形变是位错运动还是孪晶机制。断裂时晶体的表面应力可能会引起金从面心立方到体心四方的相变。

　　上述工作揭示了纳米尺度金属特殊的塑性变形本质，对理解材料在极端微小尺寸时的力学行为有重要的指导作用。同时，这一工作为定量地观察位错和孪晶形核时晶格应力的动态变化并确定缺陷形核的局域临界应力提供了一条新的途径，本工作中所使用的晶格应变分析方法促进了定量原位电镜观察的进展。目前不仅在实验室而且在微电子和微器件工业中所使用的金属材料大都达到了纳米尺度，因此正确描述并深入理解纳米尺度金属变形行为将对纳米技术的实际应用有一定的理论指导价值。