Дефектите в материалите не винаги водят до проблеми. Понякога могат да ги направят по-здрави.

Както можете да си представите, за учените е важно да знаят кое от двете ще се случи. Сега ново проучване хвърля повече светлина върху разликите между двата ефекта, като проследява скоростта, с която малките пукнатини могат да се движат.

Изследователи от няколко международни институции успяват да регистрират линейни дефекти - или дислокации - движещи се със скорост, по-висока от тази на звука, през диамант; открития, които могат да намерят приложение и при други важни материали и сфери (например при самолетостроенето) или да подобрят моделите ни, свързани със земетресенията.

Дислокациите представляват малки размествания в кристалите. (Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory)

 "Досега никой не е успявал да измери директно колко бързо се разпространяват тези дислокации в материалите", казва Леора Дреселхаус-Мараис, учен в областта на материалите от Станфордския университет.

Дреселхаус-Мараис и нейните колеги използват интензивен лазер, за да прокарат ударни вълни през малки кристали от синтетичен диамант, като наблюдават получените деформации с точност до милиардни части от секундата с рентгенов лазер на свободни електрони.

Първоначалната вълна през материала е еластична, като при преминаването ѝ атомите отскачат обратно на мястото си. Втората вълна е пластична, при която моделите на атомите в диаманта се разместват трайно. Тези размествания причиняват т.нар. дефекти на подреждане, при които слоевете на кристалната решетка не се подреждат така, както трябва.

Когато дислокациите се срещнат, те могат или да се привличат, или да се отблъскват, което от своя страна може да създаде още дислокации. Разбирането на тези взаимодействия и скоростта им е от решаващо значение за определяне на начина, по който материалите ще реагират на напрежението.

"Ако един структурен материал се разруши по-катастрофално, отколкото някой е очаквал, поради високата си скорост на разрушаване, това не е много добре", казва ученият по материали Кенто Катагири от университета в Осака, Япония. "Трябва да научим повече за този тип катастрофални повреди."

Всъщност има два вида звукови вълни, които преминават през твърди тела: по-бавни напречни звукови вълни, породени от съпротивлението на материала, и по-бързи надлъжни вълни, подобни на тези, които се движат във въздуха.

Експериментите показват, че дислокациите се разпространяват в диаманта по-бързо от напречните звукови вълни. Следващата стъпка е да се проведат тестове, за да се види дали те могат да победят надлъжните звукови вълни, за което ще са необходими още по-интензивни лазерни импулси.

Знанието за всичко това е от огромна полза за учените, които се опитват да изчислят как материалите могат да реагират под въздействието на интензивни сили. Досега дефектите, които са по-бързи от звука, са били само теоретично моделирани.

"Разбирането на горната граница на подвижността на дислокациите в кристалите е от съществено значение за точното моделиране, прогнозиране и контролиране на механичните свойства на материалите при екстремни условия", пишат изследователите в публикувания си доклад.

Изследването е публикувано в Science.

Източник: Science Alert