爆裂噪声技术聆听材料中的纳米地震 – 物理世界

一种在纳米尺度上测量“爆裂噪声”的新显微镜技术可能具有广泛的应用，从帮助研究人员更好地了解金属的薄弱环节，到研究肾结石等生物结构，从而无需进行大手术即可将其摧毁。

当材料受到应力或应变时，它会触发一系列原子过程，这些过程可以改变平滑运动，例如将简单的压缩变成一系列不稳定的运动。 其结果是一种被称为“爆裂噪音”的现象，听起来很像吱吱作响的门，但发生在跨越许多尺寸尺度并遵循普遍幂律的雪崩式级联中。

“一个典型的情况是，当压缩产生裂缝时，裂缝不会以简单的线条扩展，而是显示出具有许多分支的复杂图案，就像闪电一样，”解释道 埃克哈德·萨尔杰，固体物理学家 剑桥大学，英国，谁与共同领导了这项新研究 简赛德尔 的 新南威尔士大学（UNSW） 在澳大利亚。 “当裂纹较多时，材料就会软化，甚至可能崩解。”

爆裂噪声首先在磁性材料中进行研究，以德国物理学家于 1919 年发现它而被称为巴克豪森噪声。现在，它在材料科学中用于研究金属和合金； 在地球物理学领域研究地震； 并在固态物理学领域开发 BaTiO 等铁质材料的存储器件₃。 “每次记忆被激活，都会引发雪崩，”萨尔杰解释道。 “这种雪崩帮助研究人员确定了哪些材料适合存储器切换等设备。”

观察爆裂噪声的全谱

在这项新工作中，剑桥-新南威尔士大学团队的成员使用了一种基于原子力显微镜（AFM）纳米压痕的技术。 他们将 AFM 探针极其缓慢地插入正在研究的样品中，历时数小时。 萨尔杰说，这种缓慢的插入很重要，因为如果探针移动得太快，即使是最先进的电子设备也会接收到太多重叠的信号，从而看到一个连续的过程，而不是单独的急动。 这种重叠使得识别单个爆裂噪声信号变得困难。

由于他们耐心的态度，该团队能够第一次观察到爆裂噪声的全谱，并将其与雪崩的特定形式联系起来。

研究人员表示，这项技术可能有多种用途。 其中包括研究飞机机翼的特殊合金； 研究金属的腐蚀，以识别金属在原子尺度上断裂的薄弱点； 并测试新型 3D 打印材料的可行性。 萨尔杰说，他对研究骨骼和牙齿等生物材料特别感兴趣，这些材料都会发出噼啪声。 另一个重要项目是 剑桥阿登布鲁克医院，是研究肾结石的爆裂声。

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“我们可以想象建造一根末端带有针的管子并测试肾结石，”萨尔杰解释道。 “这将帮助我们找出如何从外部摧毁它们，而不必诉诸更具侵入性的手术。”

塞德尔补充说，他和新南威尔士大学的同事计划使用该技术来研究各种功能材料中的拓扑缺陷。 “我们还将研究如何使用 AFM 系统改进测量方法本身，”他透露。 “目前，我正在寻找一名新的博士生来继续这项工作，因为这项工作的主要作者发表在 自然通讯，最近从我的小组毕业。”

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