Ett fenomen som tidigare har setts när forskare simulerar egenskaperna hos planetkärnor vid extrema tryck har nu även observerats i rent titan vid atmosfärstryck. Atomkedjor rusar runt med blixtens hastighet inuti det fasta materialet.

"Fenomenet vi har upptäckt förändrar vårt sätt att tänka på masstransport i metaller. Det förklarar egenskaper hos metaller som vi har, tills nu, inte kunnat förstå. Det är för tidigt att säga vad detta innebär rent praktiskt, men ju mer vi vet om hur material fungerar under olika förhållanden, desto bättre möjligheter har vi att utveckla material med nya eller förbättrade egenskaper, " säger Davide Sangiovanni, forskare vid avdelningen för teoretisk fysik vid LIU och huvudförfattare till en artikel som har publicerats i Fysiska granskningsbrev .

Kristallstruktur

I fasta material som metaller, atomerna är arrangerade i en välorganiserad kristallstruktur, på bestämda avstånd från varandra. Diffusion sker vanligtvis som isolerade "sällsynta" humle av atomer till lediga platser (kristalldefekter). Dock, för vissa material – som snabba jonledare vid förhöjda temperaturer, eller vatten ("superionisk is") och järn vid det extrema trycket som finns i planetkärnor-långa kedjor av atomer/joner kan plötsligt börja röra sig med förvånansvärt hög hastighet som en enhet. Processen sker på tidsskalor för picosekunder eller nanosekunder, och påverkar inte kristallstrukturen. Fenomenet kallas ibland "samordnad diffusion, " "superionisk diffusion" eller "vätskeliknande diffusion, " och har beskrivits i ett antal teoretiska artiklar.

Den mest spännande upptäckten han har gjort, dock, tillsammans med kollegor vid Linköpings universitet och universitet i Tyskland och Ryssland, är att samma diffusion kan ske i den kubiska fasen av rent titan, vid normalt atmosfärstryck och vid en temperatur under smältpunkten.

Samordnad diffusion

Titan, zirkonium och hafnium, som alla är i grupp IVB i det periodiska systemet, har flera karakteristiska egenskaper som forskare inte har kunnat förklara — förrän nu.

"I artikeln, vi visar att de anomala egenskaperna hos grupp IVB-metaller i deras kubiska struktur härrör från samordnad diffusion, där atomkedjorna vrider sig genom den fasta kristallen, säger Davide Sangiovanni.