Çığır açan çalışma, kusurların elmasta ses hızından daha hızlı yayıldığını gösteriyor

Bu doğrusal kusurlar veya çıkıklar, metallere güçlerini ve işlenebilirliklerini veren şeydir, ancak aynı zamanda malzemelerin felaketle sonuçlanabilecek şekilde bozulmasına da neden olabilirler - bu, bir soda kutusunun açma halkasını her açtığınızda olan şeydir.

Bu kadar hızlı seyahat edebilmeleri gerçeği, bilim insanlarına, aşırı koşullarda çok çeşitli malzemelere verebilecekleri alışılmadık hasarlar hakkında yeni bir anlayış kazandırıyor - depremde parçalanan kayalardan, aşırı stres nedeniyle deforme olan uçak koruyucu malzemelerine kadar. Enerji Bölümü'nün SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı ve Stanford Üniversitesi'nden profesör olan Leora Dresselhaus-Marais, çalışmayı Osaka Üniversitesi'nden Profesör Norimasa Ozaki ile birlikte yönetti.

"Şimdiye kadar hiç kimse bu dislokasyonların materyaller arasında ne kadar hızlı yayıldığını doğrudan ölçemedi" dedi. Ekibi, elmasta yayılan dislokasyonların hızını belirlemek için vücudun içini ortaya çıkaran tıbbi X ışınlarına benzer X-ışını radyografisini kullandı ve diğer malzemeler için de geçerli olması gereken dersler verdi. Sonuçları bugün Science dergisinde açıkladılar.

Ses hızının peşinde

Bilim insanları yaklaşık 60 yıldır dislokasyonların materyaller arasında sesten daha hızlı ilerleyip ilerlemeyeceğini tartışıyorlar. Bir dizi çalışma bunu yapamayacakları sonucuna vardı. Ancak bazı bilgisayar modelleri, sesten daha yüksek bir hızda hareket etmeye başlamaları koşuluyla, evet, bunu yapabileceklerini belirtti.

Onları bir anda bu hıza çıkarmak çok büyük bir şok gerektirir. Öncelikle ses, diğer faktörlerin yanı sıra malzemenin doğasına ve sıcaklığına bağlı olarak, katı malzemelerde hava veya suya göre çok daha hızlı yayılır. Sesin havadaki hızı genellikle 761 mil/saat olarak verilirken, suda 3.355 mil/saat, en sert malzeme olan elmasta ise 40.000 mil/saat inanılmaz bir hızdır.

İşleri daha da karmaşık hale getiren şey, katılarda iki tür ses dalgasının bulunmasıdır. Boyuna dalgalar havadakilere benzer. Ancak katılar ses geçişine karşı bir miktar direnç gösterdikleri için aynı zamanda enine ses dalgaları olarak bilinen daha yavaş hareket eden dalgalara da ev sahipliği yaparlar.

Ultra hızlı dislokasyonların bu ses bariyerlerinden herhangi birini aşıp aşamayacağını bilmek, hem temel bilim hem de pratik açıdan önemlidir. Dislokasyonlar ses hızından daha hızlı hareket ettiğinde oldukça farklı davranırlar ve şu ana kadar sadece modellenen beklenmedik arızalara neden olurlar. Ölçümler olmadan, hiç kimse bu ultra hızlı dislokasyonların ne kadar zarar verebileceğini bilemez.

Araştırma grubunda doktora sonrası araştırmacı ve makalenin ilk yazarı Kento Katagiri, "Yapısal bir malzeme, yüksek başarısızlık oranı nedeniyle herkesin beklediğinden daha felaket bir şekilde başarısız olursa, bu o kadar da iyi değil" dedi. "Örneğin, bir deprem sırasında kayayı kıran bir fay varsa, her şeye daha fazla zarar verebilir. Bu tür yıkıcı başarısızlıklar hakkında daha fazla şey öğrenmemiz gerekiyor."

Dresselhaus-Marais, bu çalışmanın sonuçlarının "mümkün olan en hızlı malzeme arızası hakkında bildiğimizi düşündüğümüz şeyin yanlış olduğunu öne sürebileceğini" ekledi.

Pop-up efekti

Dislokasyonların ne kadar hızlı hareket edebildiğine dair ilk doğrudan görüntüleri elde etmek için Dresselhaus-Marais ve meslektaşları Japonya'daki SACLA X-ışını serbest elektron lazerinde deneyler yaptılar. Deneyleri sentetik elmasın küçük kristalleri üzerinde yaptılar.

reklamcılık