Tehnica de zgomot trosnet ascultă nanocutremurele din materiale – Physics World

O nouă tehnică de microscopie pentru măsurarea „zgomotului de trosnet” la scară nanometrică ar putea avea o gamă largă de aplicații, de la ajutarea cercetătorilor să înțeleagă mai bine punctele slabe din metale până la investigarea structurilor biologice, cum ar fi pietrele la rinichi, astfel încât acestea să poată fi distruse fără a fi nevoie de intervenții chirurgicale majore.

Când un material este supus stresului sau efortului, acesta declanșează o serie de procese atomice care pot schimba o mișcare lină, cum ar fi o simplă compresie, într-o secvență de cele sacadate. Rezultatul este un fenomen cunoscut sub numele de zgomot trosnet, care sună mai degrabă ca o ușă care scârțâie, dar apare în cascade asemănătoare avalanșelor care se întind pe mai multe scale de dimensiune și urmează legile universale de putere.

„Un caz tipic este atunci când o compresie produce fisuri care nu progresează într-o linie simplă, dar arată modele complexe cu multe ramuri, ca într-un fulger”, explică. Ekhard Salje, un fizician în stare solidă la Universitatea din Cambridge, Marea Britanie, care a condus noul studiu împreună cu Jan Seidel a Universitatea din New South Wales (UNSW) in Australia. „Când există multe fisuri, materialul se înmoaie și chiar se poate dezintegra.”

Zgomotul trosnet a fost studiat pentru prima dată în materiale magnetice, unde este cunoscut sub numele de zgomot Barkhausen după fizicianul german care l-a descoperit în 1919. Acum este folosit în știința materialelor pentru a investiga metalele și aliajele; în geofizică pentru a studia cutremure; și în fizica stării solide pentru a dezvolta dispozitive de memorie în materiale feroice, cum ar fi BaTiO₃. „De fiecare dată când memoria este activată, inițiază o avalanșă”, explică Salje. „Această avalanșă i-a ajutat pe cercetători să identifice ce materiale sunt bune pentru dispozitive precum comutarea memoriei.”

Observarea întregului spectru de zgomot trosnet

În noua lucrare, membrii echipei Cambridge-UNSW au folosit o tehnică bazată pe nanoindentarea microscopiei cu forță atomică (AFM). Ei au introdus sonda AFM extrem de lent - pe o perioadă de multe ore - în proba studiată. Această inserare lentă este importantă deoarece, dacă sonda se mișcă prea repede, chiar și echipamentele electronice de ultimă generație vor capta prea multe semnale care se suprapun și, astfel, vor vedea un proces continuu, mai degrabă decât smucituri individuale, spune Salje. Această suprapunere face dificilă identificarea semnalelor individuale de zgomot trosnet.

Datorită abordării lor răbdătoare, echipa a reușit să observe pentru prima dată întregul spectru de zgomot trosnet și să-l relaționeze cu forme specifice de avalanșă.

Potrivit cercetătorilor, tehnica ar putea avea mai multe utilizări. Acestea includ investigarea aliajelor speciale pentru aripile aeronavelor; studierea coroziunii în metale pentru a identifica punctele slabe în care metalul se rupe la scara atomică; și testarea viabilității noilor materiale imprimate 3D. Salje spune că este deosebit de interesat de studierea materialelor biologice, cum ar fi oasele și dinții, care ambele emit zgomot trosnet. Un alt proiect important, cu Spitalul Addenbrooks din Cambridge, este de a studia zgomotul trosnet din pietrele la rinichi.

Strângeți, trosniți și barajați: orezul umflat oferă informații despre umplutura de stâncă și prăbușirea raftului de gheață

„Ne putem imagina construirea unui tub cu un ac la capăt și testarea pietrelor la rinichi”, explică Salje. „Acest lucru ne-ar ajuta să aflăm cum să le distrugem din exterior, fiind nevoiți să recurgem la o intervenție chirurgicală mai invazivă.”

Seidel adaugă că el și colegii săi de la UNSW intenționează să folosească tehnica pentru a studia defectele topologice ale diferitelor materiale funcționale. „Vom analiza, de asemenea, cum să îmbunătățim abordarea de măsurare în sine folosind un sistem AFM”, dezvăluie el. „În acest moment, caut un nou doctorand care să continue această lucrare, deoarece autorul principal al acestei lucrări, care este publicat în Natura Comunicaţii, recent absolventă din grupul meu.”

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
• PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/crackling-noise-technique-listens-to-nanoquakes-in-materials/