Genom att medvetet avbryta materialordningen - genom att introducera olika atomer i metall eller nanopartiklar i flytande kristaller - kan vi framkalla nya kvaliteter. Till exempel, metallegeringar som duralumin, som består av 95 % aluminium och 5 % koppar, är vanligtvis hårdare än de rena metallerna. Detta beror på en elastisk interaktion mellan kristallens defekter, kallas dislokationer, och de lösta atomerna, som bildar vad som kallas Cottrell-moln runt dem. I sådana moln, koncentrationen av lösta atomer är högre än medelkoncentrationen i materialet.
I en tidning publicerad i EPJ E , Patrick Oswald från École Normale Supérieure i Lyon, Frankrike, och Lubor Lejček från den tjeckiska vetenskapsakademin har nu teoretiskt beräknat de statiska och dynamiska egenskaperna hos Cottrell-molnen, som bildas runt kantdislokationer i lamellära flytande kristaller av den smektiska A-varianten dekorerad med nanopartiklar. Detta arbete kan vara viktigt, till exempel, i samband med att förbättra smörjprestandan hos sådana flytande kristaller.
Cottrell-molnen är svåra att studera i fasta material, och ännu mer när dislokationerna är i rörelse. Detta är inte fallet i en smektisk A flytande kristaller dopade med guldnanopartiklar där Cottrell-molnen är synliga under ett enkelt optiskt mikroskop. Dessutom, tätheten av dislokationer kan kontrolleras experimentellt i dessa material, så att dislokationsrörligheten kan mätas direkt. Ett nyligen genomfört experiment visade att det minskar när koncentrationen av nanopartiklar ökar. Detta leder till en härdning av materialet, mycket lik det som observeras i metalliska legeringar.
När dislokationerna rör sig långsamt, Cottrell-molnen av nanopartiklar dras av förskjutningarna, vilket minskar deras rörlighet. I den här studien, författarna visar en formel som tidigare använts för att approximera rörligheten för dislokationer i närvaro av Cottrell-moln. De utför sedan en numerisk simulering av problemet för att studera hur Cottrell-molnet eroderar när dislokationen rör sig i hög hastighet.
