Um cientista do Laboratório Nacional Lawrence Livermore e colaboradores demonstraram o primeiro "microscópio de defeitos" que pode rastrear como as populações de defeitos nas profundezas dos materiais macroscópicos se movem coletivamente.

A pesquisa, aparecendo hoje em Avanços da Ciência , mostra um exemplo clássico de um limite de deslocamento (defeito de linha), em seguida, demonstra como esses mesmos defeitos se movem exoticamente bem no limite das temperaturas de fusão.

"Este trabalho representa um grande avanço para a ciência dos materiais, física e campos relacionados, uma vez que oferece uma nova maneira única de visualizar as "escalas intermediárias" que conectam defeitos microscópicos às propriedades em massa que eles causam, "disse Leora Dresselhaus-Marais, ex-bolsista Lawrence e agora professor assistente de Ciência e Engenharia de Materiais na Universidade de Stanford.

Conectar os defeitos microscópicos de um material a granel às suas propriedades macroscópicas é um problema antigo na ciência dos materiais. As interações de longo alcance entre os deslocamentos são conhecidas por desempenhar um papel fundamental na forma como os materiais se deformam ou derretem, mas os cientistas até agora não tinham as ferramentas para conectar essas dinâmicas às propriedades macroscópicas.

Defeitos são a base de muitos dos mecanismos mecânicos, propriedades térmicas e eletrônicas dos materiais. Um exemplo proeminente é o deslocamento, que é um defeito linear estendido na rede atômica que permite que os materiais cristalinos mudem permanentemente de forma sob carga. A faixa de dureza e trabalhabilidade em materiais dúcteis ocorre devido à forma como seus deslocamentos podem se mover e interagir.

Na nova pesquisa, a equipe usou a microscopia de raio-X de campo escuro com resolução temporal (DFXM) para visualizar diretamente como os deslocamentos se movem e interagem em centenas de micrômetros no interior do alumínio a granel. Com filmes em tempo real, eles mostraram que o movimento termicamente ativado e as interações de deslocamentos que compreendem uma fronteira e mostram como as forças de ligação enfraquecidas desestabilizam a estrutura a 99 por cento da temperatura de fusão.

A equipe resolveu o movimento individual e coletivo dos deslocamentos em um limite de deslocamento (DB) abaixo da superfície de alumínio de cristal único. Suas imagens mapeiam como o DB migra ao longo de um limite de ângulo muito baixo à medida que é aquecido de 97% a 99% da temperatura de fusão (660 graus Celsius). Eles então ampliaram como os deslocamentos entram e saem do limite, fazendo com que dois segmentos DB se aglutinem e se estabilizem em uma estrutura coesa. À medida que o DB subsequentemente migra e aumenta seu espaçamento entre os deslocamentos, eles observaram como a fronteira se desestabilizou.

"Ao visualizar e quantificar dinâmicas ativadas termicamente que antes eram limitadas à teoria, demonstramos uma nova classe de medições em massa que agora está acessível com DFXM resolvido com tempo, oferecendo oportunidades importantes em ciência de materiais, "Dresselhaus-Marais disse.

A equipe também inclui cientistas da Universidade Técnica da Dinamarca, Local de Segurança Nacional de Nevada, CEA Grenoble, Universität für Bodenkultur Wien em Viena e o Centro Europeu de Radiação Síncrotron. O trabalho foi financiado pela Lawrence Fellowship do LLNL e do programa Laboratory Directed Research and Development.