På mikrometerskalan förändras metallernas deformationsegenskaper avsevärt:Det jämna och kontinuerliga beteendet hos bulkmaterial blir ofta ryckigt på grund av slumpmässiga töjningsskurar av olika storlekar. Anledningen till detta fenomen är den komplexa intermittenta omfördelningen av gitterdislokationer (som är linjeliknande kristalldefekter som är ansvariga för den irreversibla deformationen av kristallina material) på grund av extern belastning, vilket också är orsaken till bildandet av den ojämna stegliknande ytan vid deformation.

För att studera detta fenomen mer i detalj har forskargrupper vid Eötvös Loránd University i Budapest, Charles University of Prague och École des Mines de Saint-Étienne utvecklat en mycket känslig mikromekanisk plattform, där svaga elastiska vågor som emitteras av provet kan detekteras under deformationen av pelare i mikronskala. Kompressionsexperiment utförda på sådana enkristallina mikropelare av zink i ett svepelektronmikroskop bekräftade att dessa så kallade akustiska signaler verkligen uppstår under töjningsskurar, så detta experiment tillät oss, för första gången, praktiskt taget höra "ljudet av dislokationer".

De akustiska signalerna samplas med en hastighet av 2,5 MHz; därför ger de extremt detaljerad information om dynamiken i dislokationer. De djupgående statistiska analyserna som utförts av forskarna avslöjade att spänningssprängningar uppvisar en struktur på två nivåer:vad som hittills har setts som en enda plastglidning är i själva verket ett resultat av flera korrelerade händelser på en μs-ms tidsskala.

Det mest överraskande resultatet av experimenten är att denna process, trots de grundläggande skillnaderna mellan deformationsmekanismer för metaller och de för tektoniska plattor, visade sig vara helt analog med jordbävningar.

Akustiska signaler som sänds ut från teststyckena följde grundläggande empiriska lagar som fastställts för huvudchocker och efterskalv inom seismologi, såsom Gutenberg-Richter och Omori-lagarna.

"Dessa resultat förväntas ha stor teknisk inverkan eftersom vi för första gången kunde observera en direkt koppling mellan akustiska signaler och plasthändelserna som avgav dem", säger Péter Dusán Ispánovity, biträdande professor vid Eövös Loránd University och chef för forskargruppen för mikromekanik och multiskalig modellering. "Eftersom mätning av akustisk emission är en frekvent metod för att övervaka och lokalisera materialfel i tekniska tillämpningar, förväntas våra resultat bidra till vidareutvecklingen av denna teknik genom att tillhandahålla fundamentalt ny information om den underliggande fysiken."

David Ugi, Ph.D. Student i gruppen av Ispánovity och motsvarande författare till publikationen tillade att "dessa experiment är ganska komplexa, eftersom man måste koppla nanometerprecisionsmanipuleringsverktyget med den extremt känsliga akustiska sensorn, allt i vakuumkammaren i ett svepelektronmikroskop. Sådana Såvitt vi vet kan mätningar för närvarande endast utföras i vårt laboratorium", tillade den unga forskaren.

Metodiken kan också användas för att undersöka andra typer av deformationsmekanismer, såsom twinning eller fraktur, så resultaten, som publicerades i Nature Communications, förväntas öppna upp nya vyer i forskningen om materials mikromekaniska egenskaper. + Utforska vidare

Spin-sonics:Akustisk våg får elektronerna att snurra