Ученые из Национальной ускорительной лаборатории SLAC в Стэнфорде (США) впервые получили детальные изображения образца монокристалла алюминия в фазе перехода из эластичного состояния в пластическое. Потенциально их исследование может привести к дальнейшей разработке более прочных материалов. Об этом сообщает портал Eurekalert. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Понимание того, что происходит с материалом на атомном уровне, когда он переходит из эластичного (упругого) состояния в пластичное (то есть в иную надолго зафиксированную форму) – а именно, сжатое под высоким давлением, может позволить ученым разрабатывать более прочные материалы, например, для космических кораблей и экспериментов по ядерному синтезу.
До сих пор ученые изо всех сил пытались запечатлеть четкие изображения превращения материала в пластичность, оставаясь в неведении относительно того, что именно делают крошечные атомы в процессе так называемого эластично-пластического сдвига. Теперь впервые это удалось сделать ученым из стэнфордской Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики США.
Исследователи получили изображения с высоким разрешением крошечного образца монокристалла алюминия, когда он переходит из эластичного состояния в пластическое. Эти данные позволят ученым предсказать, как ведет себя материал, когда он подвергается пластическому преобразованию в течение пяти триллионных долей секунды происходящего явления. Результаты их исследования были опубликованы в Nature Communications.
Для экспериментов в лаборатории SLAC ученые использовали высокоэнергетический лазер, чтобы сгенерировать ударные волны, достаточные для сжимания кристалла с его последующим превращением из эластичного в пластичный. В момент сжатия через кристалл направлялся пучок высокоэнергетических электронов с помощью скоростной «электронной камеры» SLAC или прибора для дифракции сверхбыстрых электронов Megaelectrovolt (MeV-UED). Этот электронный пучок рассеивал ядра алюминия и электроны в кристалле, что позволило ученым точно измерить его атомную структуру.
Ученые сделали несколько снимков образца, пока лазер продолжал сжимать его, и эта последовательность изображений превратилась в нечто вроде «покадровой хроники» исследуемого физического процесса. В частности, снимки с высоким разрешением показали ученым, когда и как в образце появились линейные дефекты – первый признак того, что материал подвергся удару с силой, слишком большой для эластичного восстановления.
У ученых теперь есть изображения этих линейных дефектов с высоким разрешением, показывающие, как быстро растут дефекты и как они перемещаются после появления, сказал ученый SLAC Мианжен Мо.
«Понимание динамики пластической деформации позволит ученым добавлять искусственные дефекты в решетчатую структуру материала. Эти искусственные дефекты могут обеспечить защитный барьер, препятствующий деформации материалов при высоких давлениях в экстремальных условиях», – сказал Мо.
Исследователи надеются применить свое новое понимание пластичности к различным научным приложениям, таким как упрочнение материалов, которые используются в экспериментах по высокотемпературному ядерному синтезу. По словам Зигфрида Гленцера, директора по науке о высокой плотности энергии, уже давно востребовано лучшее понимание реакции материалов в экстремальных условиях, чтобы предсказать их характеристики в будущем термоядерном реакторе.
Команда ученых заинтересована в тестировании материалов для экспериментов, которые будут проводиться на ИТЭР (международном экспериментальном термоядерном реакторе) – объекте, который надеется стать первым, способным производить устойчивую термоядерную энергию.