La técnica del ruido crepitante escucha nano terremotos en materiales – Physics World

Una nueva técnica de microscopía para medir el “ruido crepitante” a nanoescala podría tener una amplia gama de aplicaciones, desde ayudar a los investigadores a comprender mejor los puntos débiles de los metales hasta investigar estructuras biológicas como los cálculos renales para que puedan destruirse sin necesidad de una cirugía mayor.

Cuando un material se somete a tensión o tensión, desencadena una serie de procesos atómicos que pueden cambiar un movimiento suave, como una simple compresión, en una secuencia de movimientos entrecortados. El resultado es un fenómeno conocido como ruido crepitante, que suena más bien como el chirrido de una puerta, pero que se produce en cascadas similares a avalanchas que abarcan muchas escalas de tamaño y siguen leyes de potencia universales.

“Un caso típico es cuando una compresión produce grietas que no avanzan en una línea simple, sino que muestran patrones complejos con muchas ramas, como en un relámpago”, explica Ekhard Salje, físico del estado sólido de la Universidad de Cambridge, Reino Unido, quien codirigió el nuevo estudio con Jan Seidel de las Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW) en Australia. “Cuando hay muchas grietas, el material se reblandece e incluso puede desintegrarse”.

El ruido crepitante se estudió por primera vez en materiales magnéticos, donde se conoce como ruido de Barkhausen en honor al físico alemán que lo descubrió en 1919. Ahora se utiliza en la ciencia de materiales para investigar metales y aleaciones; en geofísica para estudiar terremotos; y en física del estado sólido para desarrollar dispositivos de memoria en materiales ferroicos como BaTiO₃. "Cada vez que se activa la memoria, se inicia una avalancha", explica Salje. "Esta avalancha ayudó a los investigadores a identificar qué materiales eran buenos para dispositivos como el cambio de memoria".

Observando el espectro completo del ruido crepitante

En el nuevo trabajo, los miembros del equipo de Cambridge-UNSW utilizaron una técnica basada en la nanoindentación por microscopía de fuerza atómica (AFM). Insertaron la sonda AFM extremadamente lentamente (durante un período de muchas horas) en la muestra que se estaba estudiando. Esta inserción lenta es importante porque si la sonda se mueve demasiado rápido, incluso los equipos electrónicos más modernos captarán demasiadas señales superpuestas y, por lo tanto, verán un proceso continuo en lugar de sacudidas individuales, dice Salje. Esta superposición dificulta la identificación de señales de ruido crepitantes individuales.

Gracias a su paciencia, el equipo pudo observar por primera vez todo el espectro de ruidos crepitantes y relacionarlo con formas específicas de avalancha.

Según los investigadores, la técnica podría tener varios usos. Entre ellas se incluyen la investigación de aleaciones especiales para alas de aviones; estudiar la corrosión de los metales para identificar puntos débiles donde el metal se rompe a escala atómica; y probar la viabilidad de nuevos materiales impresos en 3D. Salje dice que está particularmente interesado en estudiar materiales biológicos como huesos y dientes, que emiten crujidos. Otro proyecto importante, con el Hospital Addenbrooks en Cambridge, es estudiar el ruido crepitante de los cálculos renales.

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"Podemos imaginarnos construir un tubo con una aguja en el extremo y analizar cálculos renales", explica Salje. "Esto nos ayudaría a descubrir cómo destruirlos desde el exterior sin tener que recurrir a una cirugía más invasiva".

Seidel añade que él y sus colegas de la UNSW planean utilizar la técnica para estudiar defectos topológicos en diversos materiales funcionales. "También estudiaremos cómo mejorar el método de medición en sí utilizando un sistema AFM", revela. “En este momento, estoy buscando un nuevo estudiante de doctorado para continuar este trabajo ya que el autor principal de este trabajo, que se publica en Nature Communications, recientemente graduado de mi grupo ".

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/crackling-noise-technique-listens-to-nanoquakes-in-materials/