تکنیک صدای تروق به نانوزلزله ها در مواد گوش می دهد - دنیای فیزیک

یک تکنیک میکروسکوپی جدید برای اندازه‌گیری «صدای تروق» در مقیاس نانو می‌تواند کاربردهای گسترده‌ای داشته باشد، از کمک به محققان در درک بهتر نقاط ضعیف در فلزات گرفته تا بررسی ساختارهای بیولوژیکی مانند سنگ‌های کلیه تا بتوان آنها را بدون نیاز به جراحی بزرگ از بین برد.

هنگامی که یک ماده تحت تنش یا کرنش قرار می گیرد، مجموعه ای از فرآیندهای اتمی را آغاز می کند که می تواند یک حرکت صاف مانند یک فشرده سازی ساده را به دنباله ای از حرکت های ناگهانی تبدیل کند. نتیجه پدیده‌ای است که به نام صدای ترق زدن شناخته می‌شود، که بیشتر به نظر می‌رسد مانند یک در که می‌ترسد، اما در آبشارهای بهمن‌مانندی رخ می‌دهد که مقیاس‌های بزرگی را در بر می‌گیرد و از قوانین جهانی قدرت پیروی می‌کند.

توضیح می‌دهد: «یک مورد معمول زمانی است که فشرده‌سازی ترک‌هایی ایجاد می‌کند که در یک خط ساده پیشرفت نمی‌کنند، اما الگوهای پیچیده با شاخه‌های زیاد، مانند رعد و برق را نشان می‌دهند.» اخارد سالجه، یک فیزیکدان حالت جامد در دانشگاه کمبریج، بریتانیا، که در مطالعه جدید با جان سیدل از دانشگاه نیو ساوت ولز (UNSW) در استرالیا. "وقتی ترک های زیادی وجود داشته باشد، مواد نرم می شوند و حتی ممکن است متلاشی شوند."

سر و صدای ترق اولین بار در مواد مغناطیسی مورد مطالعه قرار گرفت، جایی که به نام فیزیکدان آلمانی که در سال 1919 آن را کشف کرد، به نویز Barkhausen معروف است. اکنون در علم مواد برای بررسی فلزات و آلیاژها استفاده می شود. در ژئوفیزیک برای مطالعه زلزله; و در فیزیک حالت جامد برای توسعه دستگاه های حافظه در مواد فرویک مانند BaTiO₃. Salje توضیح می دهد: "هر بار که حافظه فعال می شود، بهمنی را آغاز می کند." این بهمن به محققان کمک کرد تا بفهمند کدام مواد برای دستگاه‌هایی مانند سوئیچینگ حافظه مناسب هستند.

مشاهده طیف کامل صدای ترق

در کار جدید، اعضای تیم کمبریج-UNSW از تکنیکی مبتنی بر نانو فرورفتگی میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) استفاده کردند. آنها کاوشگر AFM را بسیار آهسته - در طی یک دوره چند ساعته - در نمونه مورد مطالعه قرار دادند. Salje می‌گوید: این درج آهسته مهم است زیرا اگر کاوشگر بیش از حد سریع حرکت کند، حتی تجهیزات الکترونیکی پیشرفته سیگنال‌های همپوشانی زیادی را دریافت می‌کنند و بنابراین یک فرآیند پیوسته را به جای تکان‌های فردی مشاهده می‌کنند. این همپوشانی، شناسایی سیگنال‌های نویز ترقه را دشوار می‌کند.

به لطف رویکرد صبورانه خود، این تیم توانست برای اولین بار طیف کامل صدای تروق را مشاهده کرده و آن را با اشکال خاصی از بهمن مرتبط کند.

به گفته محققان، این تکنیک می تواند کاربردهای مختلفی داشته باشد. اینها شامل بررسی آلیاژهای ویژه برای بال هواپیما است. مطالعه خوردگی در فلزات برای شناسایی نقاط ضعیف که در آن فلز در مقیاس اتمی می شکند. و آزمایش قابلیت زنده ماندن مواد پرینت سه بعدی جدید. سالجه می‌گوید که علاقه ویژه‌ای به مطالعه مواد بیولوژیکی مانند استخوان‌ها و دندان‌ها دارد که هر دو صدای ترق و ترق را منتشر می‌کنند. یکی دیگر از پروژه های مهم، با بیمارستان آدنبروکز در کمبریج، بررسی صدای تروق در سنگ کلیه است.

اسنپ، تروق و سد: برنج پف کرده بینش هایی را درباره پر شدن سنگ و ریزش قفسه یخ ارائه می دهد.

Salje توضیح می‌دهد: «می‌توانیم ساخت لوله‌ای با سوزن در انتهای آن و آزمایش سنگ‌های کلیه را تصور کنیم. "این به ما کمک می کند تا دریابیم که چگونه آنها را از بیرون با توسل به جراحی تهاجمی تر نابود کنیم."

سیدل می افزاید که او و همکارانش در UNSW قصد دارند از این تکنیک برای مطالعه عیوب توپولوژیکی در مواد عملکردی مختلف استفاده کنند. او فاش می‌کند: «ما همچنین به دنبال بهبود روش اندازه‌گیری با استفاده از سیستم AFM خواهیم بود. "در حال حاضر، من به دنبال یک دانشجوی دکتری جدید برای ادامه این کار از نویسنده اصلی این اثر، که در منتشر شده در طبیعت ارتباطات، به تازگی از گروه من فارغ التحصیل شده است.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/crackling-noise-technique-listens-to-nanoquakes-in-materials/