Det sägs att en svag länk avgör styrkan i hela kedjan. Likaså, defekter eller små sprickor i ett fast material kan i slutändan bestämma styrkan hos det materialet - hur väl det kommer att motstå olika krafter. Till exempel, om kraft utövas på ett material som innehåller en spricka, stora inre spänningar kommer att koncentrera sig på ett litet område nära sprickans kant. När detta händer, en felprocess inleds, och materialet kan börja misslyckas runt kanten av sprickan, som sedan kunde sprida sig, vilket leder till materialets ultimata fel.

Vad, exakt, händer precis runt kanten av sprickan, i det område där de stora påfrestningarna är koncentrerade? Prof. Eran Bouchbinder från Weizmann Institute of Science avdelning för kemisk fysik, som forskat kring denna fråga med Dr Chih-Hung Chen och prof. Alain Karma från Northeastern University, Boston, förklarar att de processer som äger rum i denna region är universella – de sker på samma sätt i olika material och under olika förhållanden. "Den mest enastående egenskapen vi upptäckte, "säger prof. Bouchbinder, "är det olinjära förhållandet mellan styrkorna hos krafterna och svaret som äger rum i materialet intill sprickan. Denna olinjära region, som de flesta studier förbiser, är faktiskt fundamentalt viktigt för att förstå hur sprickor sprider sig. Mest anmärkningsvärt, det är nära relaterat till instabilitet som kan få sprickor att sprida sig längs vågiga banor eller att splittras, när man skulle förvänta sig att de helt enkelt skulle fortsätta i en rak linje. "

Genom att undersöka krafterna i spel nära sprickans kant, Prof. Bouchbinder och hans kollegor utvecklade en ny teori - publicerad nyligen i Naturfysik - som gör det möjligt för forskare att förstå, Beräkna, och förutsäga dynamiken i sprickor under olika fysiska förhållanden. Denna teori kan ha betydande konsekvenser för materialfysisk forskning och för att förstå hur material misslyckas.

Öar av mjukhet

Utforska ett annat ämne, i ett papper som nyligen dök upp i Förfaranden från National Academy of Sciences av Amerikas förenta stater ( PNAS ), Prof. Bouchbinder och en grupp kollegor undersökte de grundläggande egenskaperna hos materiens "glasartade tillstånd".

Det glasartade tillståndet kan existera i ett brett spektrum av material om deras flytande tillstånd kyls tillräckligt snabbt för att förhindra att de tar på sig ett beställt, kristallint tillstånd. Glasögon är alltså störda, eller amorf, fasta ämnen och inkluderar, till exempel, fönsterglas, plast, gummiaktiga material, och amorfa metaller. Även om dessa material finns runt omkring oss och hittar ett enormt användningsområde, att förstå deras fysiska egenskaper har varit extremt utmanande, skyldig, till stor del, till avsaknaden av verktyg för att karakterisera deras inneboende störda strukturer och karaktärisera hur dessa strukturer påverkar materialets egenskaper.

Dr Jacques Zylberg från Prof. Bouchbinders grupp, Dr Edan Lerner vid University of Amsterdam, Dr Yohai Bar-Sinai från Harvard University (tidigare doktorand vid prof. Bouchbinders), och Prof. Bouchbinder hittade ett sätt att identifiera särskilt mjuka områden inuti glasartade material. Dessa "mjuka fläckar, "som identifieras genom att mäta den lokala värmeenergin över materialet, visade sig vara mycket mottagliga för strukturella förändringar när kraft utövas. Med andra ord, dessa mjuka fläckar spelar en central roll när glasartade material deformeras och flödar irreversibelt under påverkan av yttre krafter. Teorin utvecklad av forskarna ger oss alltså ett steg närmare att förstå mysterierna i materiens glasartade tillstånd.