De mindste jordskælv nogensinde fundet i metaller i mikron

På mikrometerskalaen ændres deformationsegenskaber af metaller dybt:Den glatte og kontinuerlige opførsel af bulkmaterialer bliver ofte rykket på grund af tilfældige belastningsudbrud af forskellige størrelser. Årsagen til dette fænomen er den komplekse intermitterende omfordeling af gitterdislokationer (som er linjelignende krystaldefekter, der er ansvarlige for den irreversible deformation af krystallinske materialer) på grund af ekstern belastning, hvilket også er årsagen til dannelsen af ​​den ujævne trinlignende overflade ved deformation.

For at studere dette fænomen mere detaljeret har forskningsgrupper fra Eötvös Loránd Universitet i Budapest, Charles Universitet i Prag og École des Mines de Saint-Étienne udviklet en meget følsom mikromekanisk platform, hvor svage elastiske bølger udsendt af prøven kan detekteres under deformationen af ​​søjler i mikronskala. Kompressionseksperimenter udført på sådanne enkeltkrystallinske mikrosøjler af zink i et scanningselektronmikroskop bekræftede, at disse såkaldte akustiske signaler faktisk forekommer under spændingsudbrud, så dette eksperiment tillod os, for første gang, praktisk talt at høre "lyden af ​​dislokationer."

De akustiske signaler samples med en hastighed på 2,5 MHz; derfor giver de ekstremt detaljerede oplysninger om dynamikken i dislokationer. De dybtgående statistiske analyser udført af forskerne afslørede, at belastningsudbrud udviser en struktur på to niveauer:Hvad der hidtil er blevet set som et enkelt plastikslip er faktisk et resultat af flere korrelerede hændelser på en μs-ms tidsskala.

Det mest overraskende resultat af eksperimenterne er, at denne proces, på trods af de fundamentale forskelle mellem deformationsmekanismer af metaller og tektoniske plader, viste sig at være fuldstændig analog med jordskælv.

Akustiske signaler udsendt fra prøveemnerne fulgte grundlæggende empiriske love etableret for de vigtigste stød og efterskælv i seismologi, såsom Gutenberg-Richter- og Omori-lovene.

"Disse resultater forventes at have stor teknologisk indvirkning, da vi for første gang var i stand til at observere en direkte forbindelse mellem akustiske signaler og de plastiske hændelser, der udsendte dem," siger Péter Dusán Ispánovity, adjunkt ved Eövös Loránd University og leder af forskningsgruppen for mikromekanik og multiskalamodellering. "Da måling af akustisk emission er en hyppig metode til at overvåge og lokalisere materialefejl i teknologiske applikationer, forventes vores resultater ved at give fundamentalt ny information om den underliggende fysik at bidrage til den videre udvikling af denne teknik."

David Ugi, ph.d. studerende i gruppen af ​​Ispánovity og tilsvarende forfatter til publikationen tilføjede, at "disse eksperimenter er ret komplekse, da man skal koble nanometer-præcisionsmanipulationsværktøjet med den ekstremt følsomme akustiske sensor, alt sammen i vakuumkammeret i et scanningselektronmikroskop. Sådanne målinger, så vidt vi ved, kan i øjeblikket kun udføres på vores laboratorium," tilføjede den unge forsker.

Metoden kan også bruges til at undersøge andre typer deformationsmekanismer, såsom twinning eller fraktur, så resultaterne, som blev offentliggjort i Nature Communications, forventes at åbne op for nye perspektiver inden for forskning i materialers mikromekaniske egenskaber. + Udforsk yderligere

Spin-sonics:Akustisk bølge får elektronerne til at spinde