(Phys.org) —Los investigadores dirigidos por SLAC han realizado las primeras mediciones directas de un reordenamiento atómico pequeño y extremadamente rápido, asociado con una clase llamada transformaciones martensíticas, que cambia drásticamente las propiedades de muchos materiales importantes, como duplicar la dureza del acero y hacer que las aleaciones con memoria de forma vuelvan a tener una forma anterior.

Usando ondas de choque de alta presión y pulsos de rayos X ultracortos en la fuente de luz coherente de Linac (LCLS), los investigadores observaron los detalles de cómo esta transformación cambió la estructura atómica interna de un sistema modelo, nanocristales perfectos de sulfuro de cadmio. En el proceso, vieron por primera vez que los nanocristales atraviesan un estado intermedio predicho teóricamente cuando experimentan este cambio.

"Diseñar y diseñar nuevos materiales con las propiedades deseadas, nos gustaría comprender las rutas microscópicas detalladas que siguen a medida que se transforman, "dijo el líder del equipo, Aaron Lindenberg, profesor asistente en SLAC y Stanford. "La transformación martensítica es especialmente importante ya que ocurre en muchos materiales importantes. Nuestra técnica debería ayudarnos en última instancia a ver lo que está sucediendo en otras transformaciones atómicas también".

Los resultados de la investigación del equipo se publicaron el mes pasado en Nano letras .

Nombrado en honor al pionero metalúrgico alemán Adolf Martens, la transformación martensítica implica movimientos colectivos de corto alcance de los átomos en un sólido cristalino a medida que responde al estrés. Se ha estudiado durante más de 100 años después de que Martens y sus colegas identificaron que una forma cristalina alterada en acero con alto contenido de carbono enfriado rápidamente era responsable de su dureza mejorada. Si bien los movimientos atómicos reales en las transformaciones martensíticas suelen ser más pequeños que un nanómetro, pueden tener enormes efectos sobre las propiedades de un material. Además de endurecer el acero y facilitar las aleaciones con memoria de forma, la transformación martensítica subyace a fenómenos tan diversos como la deformación geológica debida a la tectónica de placas y el mecanismo por el cual los virus invasores perforan las paredes de las células.

Golpearon una lámina de metal con un intenso pulso de láser infrarrojo, haciendo que explote y envíe un choque de alta presión a través de los nanocristales. La presión de la onda de choque que pasaba inició la transformación. Los pulsos de rayos X del LCLS se programaron para que impactaran en la muestra en varias fracciones de segundo después de la descarga. producir imágenes de difracción de rayos X de acción de parada que mostraban las posiciones precisas de los átomos del nanocristal durante varias etapas de la transformación, que tardó solo 50 billonésimas de segundo en completarse. Los científicos también variaron la intensidad del láser para crear choques de diferentes presiones máximas.

El equipo descubrió que las transformaciones causadas por los choques de mayor presión procedían directamente de hexagonal a cúbico, mientras que los desencadenados por los choques de menor presión formaron un estado intermedio temporal. Simulaciones calculadas por otros investigadores habían predicho el intermedio, Dijo Lindenberg. Pero su ausencia en el caso de alta presión puede ser una indicación de que los choques fuertes actúan como catalizadores, bajar la barrera energética de la transformación para que pueda proceder directamente.

"Este conjunto de experimentos muestra el poder de utilizar LCLS, láseres y nanocristales de alta potencia para examinar las rápidas reordenaciones atómicas que son tan importantes en la creación de propiedades de los materiales, "Lindenberg dijo." Hasta ahora, sólo ha habido cálculos teóricos de cómo deberían ocurrir estas transformaciones. Ahora podemos aprender de primera mano lo que realmente sucede ".