A recsegő zajtechnika nanorengésekre figyel az anyagokban – Fizika világa

A nanoméretű „ropogó zaj” mérésére szolgáló új mikroszkópos technika széleskörű alkalmazási körrel rendelkezhet, kezdve a fémek gyenge pontjainak jobb megértésében a kutatóktól a biológiai struktúrák, például a vesekövek vizsgálatáig, így azok nagyobb műtéti beavatkozás nélkül elpusztíthatók.

Ha egy anyagot feszültségnek vagy feszültségnek tesznek ki, az atomi folyamatok sorozatát indítja el, amelyek egy sima mozgást, például egy egyszerű tömörítést, szaggatott mozgások sorozatává változtathatnak. Az eredmény egy recsegő zajként ismert jelenség, amely inkább nyikorgó ajtónak tűnik, de lavinaszerű zuhatagban fordul elő, amelyek sok méretskálán átívelnek és követik az egyetemes erőtörvényeket.

„Tipikus eset az, amikor a tömörítés olyan repedéseket hoz létre, amelyek nem egy egyszerű vonalban haladnak előre, hanem összetett mintákat mutatnak sok ággal, mint egy villámlás” Ekhard Salje, szilárdtest-fizikus a University of Cambridge, az Egyesült Királyság, aki az új tanulmányt együtt vezette Jan Seidel az Új-Dél-Wales-i Egyetem (UNSW) Ausztráliában. "Ha sok repedés van, az anyag meglágyul, sőt széteshet."

A recsegő zajt először mágneses anyagokban tanulmányozták, ahol az 1919-ben felfedező német fizikus után Barkhausen-zajként ismerik. Ma az anyagtudományban használják fémek és ötvözetek vizsgálatára; a geofizikában a földrengések tanulmányozására; a szilárdtestfizikában pedig memóriaeszközök fejlesztésére vastartalmú anyagokban, például a BaTiO-ban₃. „Minden alkalommal, amikor a memória aktiválódik, lavinát indít el” – magyarázza Salje. "Ez a lavina segített a kutatóknak azonosítani, mely anyagok alkalmasak olyan eszközökhöz, mint a memóriaváltás."

A recsegő zaj teljes spektrumának megfigyelése

Az új munkában a Cambridge-UNSW csapat tagjai atomerő-mikroszkópos (AFM) nanoindentáción alapuló technikát alkalmaztak. Az AFM szondát rendkívül lassan – több órán keresztül – helyezték be a vizsgált mintába. Ez a lassú behelyezés azért fontos, mert ha a szonda túl gyorsan mozog, még a legmodernebb elektronikus berendezések is túl sok átfedő jelet fognak fel, és így folyamatos folyamatot látnak, nem pedig egyedi rándulásokat – mondja Salje. Ez az átfedés megnehezíti az egyes recsegő zajjelek azonosítását.

Türelmes hozzáállásuknak köszönhetően a csapat először képes volt megfigyelni a recsegő zaj teljes spektrumát, és összefüggésbe hozni azt a lavina meghatározott formáival.

A kutatók szerint a technikának többféle felhasználása is lehet. Ezek közé tartozik a repülőgépszárnyak speciális ötvözeteinek vizsgálata; fémek korróziójának tanulmányozása, hogy azonosítsa azokat a gyenge pontokat, ahol a fém az atomskálán eltörik; és új 3D nyomtatott anyagok életképességének tesztelése. Salje azt mondja, hogy különösen érdekli az olyan biológiai anyagok tanulmányozása, mint a csontok és a fogak, amelyek recsegő zajt bocsátanak ki. Egy másik fontos projekt, a Addenbrooks kórház Cambridge-ben, a vesekövek recsegő zajának tanulmányozása.

Pattanás, ropogtatás és gát: a puffasztott rizs betekintést enged a sziklafeltöltésbe és a jégpolc összeomlásába

„Elképzelhetjük, hogy építünk egy csövet egy tűvel a végén, és teszteljük a veseköveket” – magyarázza Salje. "Ez segítene abban, hogy megtudjuk, hogyan semmisíthetjük meg őket kívülről, ha invazívabb műtétet kell igénybe venniük."

Seidel hozzáteszi, hogy ő és kollégái az UNSW-nél azt tervezik, hogy a technikát különböző funkcionális anyagok topológiai hibáinak tanulmányozására használják. „Megvizsgáljuk azt is, hogyan javíthatjuk magát a mérési megközelítést egy AFM-rendszerrel” – árulja el. „Jelenleg új PhD hallgatót keresek ennek a munkának a folytatására, mivel ennek a munkának a vezető szerzője. Nature Communications, nemrég végzett a csoportomból.”

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/crackling-noise-technique-listens-to-nanoquakes-in-materials/