镁合金由于具有比强度高和低密度等特点，在航空航天，汽车工业、医药化工等领域应用广泛。然而由于其固有的密排六方结构，致使其延展性较差，获得兼具高强度与高塑性的镁合金也成为当前研究的一个重要方向。前期研究结果表明，通过表面机械研磨处理（SMAT），在镁合金表面引入梯度纳米结构，能够显著改善镁合金的显微硬度和耐磨性能，但会导致其塑性的显著降低。
金属所沈阳材料科学研究中心大湾区研究部吕坚院士及其合作者，在先前发现非晶包裹纳米晶的超纳双相镁合金可实现近理论强度（Nature 545, 80-83 (2017)）的基础上，以AZ31合金为研究对象，首先使用SMAT在镁合金表面得到梯度纳米晶，再通过磁控溅射在合金表面沉积Mg基双相金属玻璃薄膜（Mg-Zn-Ca），创新性的将纳米双相金属玻璃与梯度纳米晶结构结合在一起，设计出全新多级结构镁合金。
研究结果表明，该合金屈服强度较原合金提升31%，达到230MPa，与SMAT镁合金强度相当；同时该合金的延伸率较SMAT镁合金提升3倍，达到20%，恢复至未SMAT（粗晶）水平，从而实现了高强度与高塑性的有效结合。进一步研究发现，多级纳米结构镁合金的优异力学性能包括三种变形机制，包括：双相金属玻璃发生多重剪切带与纳米晶化，金属玻璃阻挡纳米晶层的裂纹延伸，以及SMAT纳米晶层的晶粒长大。类似的新型纳米结构可以得到高强度高塑性铜。这一合金结构设计理念有望在其他合金体系，特别是密排六方结构合金中，实现高强度与高延伸性的结合，并指导未来新材料设计。