Un científico y colaboradores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore han demostrado el primer "microscopio de defectos" que puede rastrear cómo se mueven colectivamente las poblaciones de defectos en las profundidades de los materiales macroscópicos.

La investigación, apareciendo hoy en Avances de la ciencia , muestra un ejemplo clásico de un límite de dislocación (defecto de línea), luego demuestra cómo estos mismos defectos se mueven exóticamente justo al borde de las temperaturas de fusión.

"Este trabajo representa un gran paso adelante para la ciencia de los materiales, física y campos relacionados, ya que ofrece una nueva forma única de ver las 'escalas intermedias' que conectan los defectos microscópicos con las propiedades generales que causan, "dijo Leora Dresselhaus-Marais, ex becario de Lawrence y ahora profesor asistente de Ciencia e Ingeniería de Materiales en la Universidad de Stanford.

Conectar los defectos microscópicos de un material a granel con sus propiedades macroscópicas es un problema antiguo en la ciencia de los materiales. Se sabe que las interacciones de largo alcance entre dislocaciones juegan un papel clave en cómo los materiales se deforman o derriten, pero los científicos han carecido hasta ahora de las herramientas para conectar estas dinámicas con las propiedades macroscópicas.

Los defectos subyacen a muchos de los aspectos mecánicos, propiedades térmicas y electrónicas de los materiales. Un ejemplo destacado es la dislocación, que es un defecto lineal extendido en la red atómica que permite que los materiales cristalinos cambien permanentemente su forma bajo carga. El rango de dureza y trabajabilidad en materiales dúctiles ocurre debido a cómo sus dislocaciones pueden moverse e interactuar.

En la nueva investigación, El equipo utilizó microscopía de rayos X de campo oscuro de resolución temporal (DFXM) para visualizar directamente cómo se mueven e interactúan las dislocaciones a lo largo de cientos de micrómetros en el interior del aluminio a granel. Con películas en tiempo real, demostraron que el movimiento activado térmicamente y las interacciones de las dislocaciones que componen un límite y muestran cómo las fuerzas de unión debilitadas desestabilizan la estructura al 99 por ciento de la temperatura de fusión.

El equipo resolvió el movimiento individual y colectivo de las dislocaciones en un límite de dislocación (DB) debajo de la superficie de aluminio monocristalino. Sus imágenes mapean cómo el DB migra a lo largo de un límite de ángulo muy bajo a medida que se calienta desde el 97 por ciento al 99 por ciento de la temperatura de fusión (660 grados Celsius). Luego se acercaron a cómo las dislocaciones entran y salen del límite, haciendo que dos segmentos DB se unan y se estabilicen en una estructura cohesiva. A medida que la base de datos migra posteriormente y aumenta su espacio entre dislocaciones, observaron cómo la frontera se desestabilizó.

"Al visualizar y cuantificar dinámicas activadas térmicamente que antes se limitaban a la teoría, demostramos una nueva clase de mediciones a granel que ahora es accesible con DFXM resuelto en el tiempo, ofreciendo oportunidades clave en la ciencia de los materiales, "Dijo Dresselhaus-Marais.

El equipo también incluye científicos de la Universidad Técnica de Dinamarca, Sitio de seguridad nacional de Nevada, CEA Grenoble, Universität für Bodenkultur Wien en Viena y la Instalación Europea de Radiación Sincrotrón. El trabajo fue financiado por Lawrence Fellowship de LLNL y fondos del programa de Investigación y Desarrollo Dirigido por Laboratorio.