早在2008年，單智偉教授與合作者們就在《自然材料》報導了微納尺度單晶鎳中的「力致退火」現象，即通過對微納尺度的單晶體施加載荷並使其發生塑性變形， 晶體內部的缺陷密度將大大降低甚至為零，同時材料的強度得到明顯提升。由於該發現迥異於人們基於已有知識的判斷，即塑性變形通常使晶體內部位錯密度升高，因而受到研究人員的廣泛關注。隨後該現象在多種面心立方晶體中得到了驗證。但是，基於模擬計算和一些實驗觀測，人們普遍認為體心立方金屬不會有力致退火現象，原因是體心立方金屬的螺位錯具有不共面的特性，通常表現出一系列不同於面心立方金屬的變形行為。經過對已有工作的仔細梳理和分析，單智偉教授等認為在合適的尺寸範圍內，體心立方金屬中也應該存在類似的力致退火現象。通過巧妙的實驗設計，研究團隊以令人信服的證據證實了上述推測，從而推翻了此前人們對於該問題的認知（黃玲等，《自然通訊》，2011）。
儘管力致退火現象的普適性得到了證實，但是其應用前景卻得到了質疑，原因是力致退火的過程總是伴隨著顯著的塑性變形，從而使樣品幾何發生明顯的改變。能否在不改變樣品幾何的條件下將其內部的缺陷去除呢？在日常生活中，我們知道如果要把一根半埋於土壤中的柱狀物直接拔出來是比較困難的，但是如果我們先將其進行多次小幅晃動，則最終可能較輕鬆地將其拔出地面。受此啟發，可以推斷，如果對含缺陷的晶體施加一循環載荷，控制好力的幅值，使其足夠大，能使缺陷動起來並在鏡像力的幫助下逐漸從材料表面湮滅和逃逸，但同時又足夠小，不在晶體內產生新的位錯，就有可能在不改變樣品幾何的條件下，使得材料中的缺陷密度大幅降低，甚至到零，也就是實現「力致修復」。如果上述想法得到實現，其在納米壓印等領域就可能得到有效的應用。
基於上述想法，藉助於定量的原位透射電鏡納米力學測試裝置，選取亞微米單晶鋁為研究對象，研究團隊的王章潔博士對其進行了低應變幅的循環加載，發現在幾乎不改變材料外觀幾何的情況下，微納尺度單晶鋁內的缺陷逐漸被驅逐出樣品，導致缺陷密度大幅度下降，進而使得材料的強度得到了大幅度的提升。同時發現，可以通過控制應變幅和循環周次等來調控材料內的缺陷密度，進而調控材料的屈服強度。另外，課題組還發現可以通過檢查力和位移曲線是否有滯後環以及環的大小來診斷被測材料中是否有可動缺陷以及其數量的多少。這些發現不僅對於理解小尺度材料內的缺陷在循環載荷下的演變規律具有顯著的科學意義，並且對於調控對缺陷敏感的功能材料的性能有重要的啟發意義和應用前景。
值得注意的是，當塊體材料經受循環加載時，通常會引起材料內部缺陷的增殖與聚集，並進而引起裂紋萌生，並在承載應力遠小於宏觀屈服應力的情況下發生斷裂，也就是所謂的疲勞斷裂，它也是很多工程構件失效的主要形式。對微納尺度材料進行循環加載可導致「力致修復」與塊體材料中循環加載所導致的疲勞破壞的效應完全相反。這一事實再次表明，作為連接連續介質力學和量子力學的橋梁，微納尺度材料的結構與行為的內在機理和規律不能通過外推已有的宏觀材料的機理和規律來得到，而是具有其獨特性，必須通過創新實驗方法和思路來加以揭示和解釋。
近日，西安交大微納尺度材料行為研究中心(簡稱「微納中心」, http://nano.xjtu.edu.cn)在美國科學院院刊 (PNAS, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)在線發表(http://www.pnas.org/content/early/2015/10/14/1518200112)了他們的最新研究成果，即在不改變樣品外觀幾何的條件下，可以通過小應變循環加載的方式來診斷和調控微納尺度單晶材料中的缺陷，進而達到調控其力學性能的目的。 該論文的作者包括微納中心的新講師王章潔博士、孫軍教授和單智偉教授, 約翰霍普金斯大學的博士生李慶傑，清華大學的崔一南博士、柳佔立副教授和莊茁教授，美國麻省理工學院道明博士，美國卡耐基梅隆大學的Subra Suresh 教授。該研究工作得到中國國家自然科學基金、973項目及111項目的資助。