Los materiales pueden deformarse plásticamente a lo largo de defectos de línea de escala atómica llamados dislocaciones. Muchas aplicaciones técnicas como la forja se basan en este proceso fundamental, pero el poder de las dislocaciones también se explota en las zonas de deformación de los automóviles, por ejemplo, donde las dislocaciones protegen vidas al transformar la energía en deformación plástica. Los investigadores de FAU ahora han encontrado una forma de manipular las dislocaciones individuales directamente a escala atómica.

Utilizando microscopía electrónica avanzada in situ, los investigadores del grupo del profesor Erdmann Spiecker han abierto nuevas formas de explorar los fundamentos de la plasticidad. Han publicado sus hallazgos en Avances de la ciencia .

La interfaz más delgada con defectos

En 2013, un grupo interdisciplinario de investigadores de la FAU encontró dislocaciones en el grafeno bicapa, un estudio pionero que se publicó en Naturaleza . Los defectos de línea estaban contenidos entre dos planos, láminas de carbono atómicamente delgadas:la interfaz más delgada cuando esto es posible. "Cuando encontramos las dislocaciones en el grafeno, sabíamos que no solo serían interesantes por lo que hacen en el material específico, pero también que podrían servir como un sistema modelo ideal para estudiar la plasticidad en general, "Explica el profesor Spiecker. Su equipo de dos candidatos a doctorado buscó una forma de interactuar con ellos.

Se necesita un microscopio potente para ver las dislocaciones. Los investigadores de Erlangen son especialistas en el campo de la microscopía electrónica, y están constantemente pensando en formas de expandir la técnica. "Durante los últimos tres años, Hemos ampliado constantemente las capacidades de nuestro microscopio para que funcione como un banco de trabajo a nanoescala, ", dice Peter Schweizer." Ahora no solo podemos ver nanoestructuras, sino también interactuar con ellos, por ejemplo, empujándolos, aplicando calor o una corriente eléctrica ". En el núcleo de este instrumento hay pequeños brazos robóticos que se pueden mover con precisión de escala nanométrica. Estos brazos pueden equiparse con agujas muy finas que se pueden mover sobre la superficie del grafeno. Dispositivos de entrada especiales son necesarios para un control de alta precisión.

Plasticidad al alcance de la mano

En el microscopio donde se realizaron los experimentos, hay muchos instrumentos científicos y dos controladores de videojuegos. "Los estudiantes a menudo nos preguntan para qué sirven los gamepads, "dice Christian Dolle." Pero, por supuesto, se utilizan exclusivamente con fines científicos. No se puede dirigir un pequeño brazo robótico con un teclado necesitas algo que sea más intuitivo. Se necesita algo de tiempo para convertirse en un experto, pero entonces, incluso es posible controlar los defectos de línea a escala atómica ".

Una cosa que sorprendió a los investigadores al principio fue la resistencia del grafeno al estrés mecánico. "Cuando lo piensas, son solo dos capas de átomos de carbono, y presionamos una aguja muy afilada en eso, "dice Peter Schweizer. Para la mayoría de los materiales, eso seria demasiado, pero se sabe que el grafeno soporta tensiones extremas. Esto permitió a los investigadores tocar la superficie del material con una punta fina de tungsteno y arrastrar los defectos de la línea. "Cuando lo probamos por primera vez, no creímos que funcionaría, pero luego nos sorprendió la cantidad de posibilidades que se abrieron de repente ". Con esta técnica, los investigadores pudieron confirmar teorías de larga data sobre interacciones de defectos, así como encontrar nuevos. "Sin controlar directamente la dislocación, no habría sido posible encontrar todas estas interacciones, "dice Dolle.

"Sin instrumentos de última generación y sin tiempo para probar algo nuevo, esto no hubiera sido posible, "Dice Spiecker." Es importante crecer con nuevos desarrollos, e intente ampliar las técnicas que tiene disponibles ".