Atomkæder bevæger sig lynhurtigt inde i metaller

Et fænomen, der tidligere er set, når forskere simulerer egenskaberne af planetkerner ved ekstreme tryk, er nu også blevet observeret i ren titanium ved atmosfærisk tryk. Atomer kæder rundt med lynhastighed inde i det faste materiale.

"Det fænomen, vi har opdaget, ændrer den måde, vi tænker på massetransport i metaller. Det forklarer egenskaber ved metaller, som vi har, indtil nu, ikke kunne forstå. Det er for tidligt at sige, hvad dette rent praktisk betyder, men jo mere ved vi om, hvordan materialer fungerer under forskellige forhold, de bedre muligheder vi har for at udvikle materialer med nye eller forbedrede egenskaber, "siger Davide Sangiovanni, forsker i Division of Theoretical Physics ved LIU og hovedforfatter til en artikel, der er blevet offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve .

Krystalstruktur

I faste materialer som metaller, atomer er arrangeret i en velorganiseret krystalstruktur, på bestemte afstande fra hinanden. Diffusion forekommer typisk som isolerede "sjældne" humler af atomer til ledige pladser (krystaldefekter). Imidlertid, for nogle materialer - f.eks. hurtige ionledere ved forhøjede temperaturer, eller vand ("superionisk is") og jern ved det ekstreme tryk, der findes i planetkerner-lange kæder af atomer/ioner kan pludselig begynde at bevæge sig med overraskende høj hastighed som en enhed. Processen sker på tidsskalaer for picosekunder eller nanosekunder, og påvirker ikke krystalstrukturen. Fænomenet kaldes undertiden "samordnet diffusion, "" superionisk diffusion "eller" væskelignende diffusion, "og er blevet beskrevet i en række teoretiske artikler.

Den mest spændende opdagelse, han har gjort, imidlertid, sammen med kolleger på Linköpings universitet og universiteter i Tyskland og Rusland, er, at den samme diffusion kan finde sted i den kubiske fase af rent titanium, ved normalt atmosfæretryk og ved en temperatur under smeltepunktet.

Samordnet diffusion

Titanium, zirkonium og hafnium, som alle er i gruppe IVB i det periodiske system, har flere karakteristiske egenskaber, som forskere ikke har kunnet forklare - indtil nu.

"I artiklen, vi viser, at de uregelmæssige egenskaber ved gruppe IVB -metaller i deres kubiske struktur stammer fra samordnet diffusion, hvor atomkæderne vrider sig gennem den faste krystal, ”siger Davide Sangiovanni.