突破性的研究表明缺陷在金刚石中传播的速度比声速还快

这些线性缺陷或位错赋予了金属强度和可加工性，但它们也可能使材料发生灾难性的失效——这就是每次拉开汽水罐拉片时发生的情况。

它们能够如此快速地移动，这一事实让科学家们对它们在极端条件下可能对各种材料造成的不寻常类型的损害有了新的认识——从地震破裂撕裂的岩石到因极端压力而变形的飞机屏蔽材料，说。 Leora Dresselhaus-Marais 是美国能源部 SLAC 国家加速器实验室和斯坦福大学的教授，她与大阪大学的 Norimasa Ozaki 教授共同领导了这项研究。

“到目前为止，没有人能够直接测量这些位错在材料中传播的速度，”她说。她的团队使用 X 射线照相术（类似于揭示身体内部的医用 X 射线）来测量通过钻石传播位错的速度，得出的经验教训也适用于其他材料。他们今天在《科学》杂志上描述了这一结果。

追逐音速

近 60 年来，科学家们一直在争论位错是否能比声音更快地穿过材料。许多研究得出的结论是他们不能。但一些计算机模型表明，是的，只要它们开始以超音速移动，它们就可以。

要让他们瞬间达到这个速度，需要巨大的冲击力。一方面，声音在固体材料中的传播速度比在空气或水中的传播速度快得多，这取决于材料的性质和温度等因素。虽然声音在空气中的传播速度通常为 761 英里/小时，但在水中的传播速度为 3,355 英里/小时，而在最坚硬的材料钻石中则达到令人难以置信的 40,000 英里/小时。

更复杂的是，固体中有两种类型的声波。纵波就像空气中的纵波一样。但由于固体对声音的传播产生了一定的阻力，因此它们也承载着移动速度较慢的波，称为横向声波。

从基础科学和实践的角度来看，了解超快位错是否可以打破这些音障都很重要。当位错的移动速度快于声速时，它们的行为就会截然不同，并导致迄今为止仅被模拟的意外故障。如果没有测量，没有人知道这些超快位错会造成多大的损害。

该研究小组的博士后学者、该论文的第一作者 Kento Katagiri 表示：“如果一种结构材料因其高失效率而比任何人预期的灾难性失效，那就不太好。” “例如，如果地震期间断层破裂，可能会对一切造成更大的损害。我们需要更多地了解这种类型的灾难性故障。”

德雷塞尔豪斯-马莱补充说，这项研究的结果“可能表明，我们认为我们所知道的最快可能的材料失效是错误的。”

弹出顶部效果

为了获得第一张关于位错传播速度的直接图像，Dresselhaus-Marais 和她的同事在日本的 SACLA X 射线自由电子激光器上进行了实验。他们对人造金刚石的微小晶体进行了实验。

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资源 DOE/SLAC National Accelerator Laboratory. "Groundbreaking study shows defects spreading through diamond faster than the speed of sound." ScienceDaily. ScienceDaily, 5 October 2023. <www.sciencedaily.com/releases/2023/10/231005161741.htm>.