Al interrumpir deliberadamente el orden de los materiales, introduciendo diferentes átomos en metal o nanopartículas en cristales líquidos, podemos inducir nuevas cualidades. Por ejemplo, aleaciones metálicas como duraluminio, que se compone de un 95% de aluminio y un 5% de cobre, suelen ser más duros que los metales puros. Esto se debe a una interacción elástica entre los defectos del cristal, llamadas dislocaciones, y los átomos de soluto, que forman lo que se conoce como nubes de Cottrell a su alrededor. En tales nubes la concentración de átomos de soluto es mayor que la concentración media en el material.
En un artículo publicado en EPJ E , Patrick Oswald de la École Normale Supérieure de Lyon, Francia, y Lubor Lejček de la Academia Checa de Ciencias ahora han calculado teóricamente las propiedades estáticas y dinámicas de las nubes de Cottrell, que se forman alrededor de las dislocaciones de los bordes en cristales líquidos laminares de la variedad esméctica A decorada con nanopartículas. Este trabajo puede ser importante por ejemplo, en el contexto de mejorar el rendimiento lubricante de tales cristales líquidos.
Las nubes de Cottrell son difíciles de estudiar en materiales sólidos, y más aún cuando las dislocaciones están en movimiento. Este no es el caso en un cristal líquido esméctico A dopado con nanopartículas de oro donde las nubes de Cottrell son visibles bajo un simple microscopio óptico. Además, la densidad de dislocaciones se puede controlar experimentalmente en estos materiales, permitiendo medir directamente la movilidad de la dislocación. Un experimento reciente mostró que disminuye a medida que aumenta la concentración de nanopartículas. Esto conduce a un endurecimiento del material, muy similar a lo que se observa en las aleaciones metálicas.
Cuando las dislocaciones se mueven lentamente, las nubes Cottrell de nanopartículas son arrastradas por las dislocaciones, lo que disminuye su movilidad. En este estudio, los autores demuestran una fórmula utilizada anteriormente para aproximar la movilidad de las dislocaciones en presencia de nubes de Cottrell. Luego, realizan una simulación numérica del problema para estudiar cómo se erosiona la nube de Cottrell cuando la dislocación se mueve a gran velocidad.
