p (Phys.org) —Os pesquisadores liderados pelo SLAC fizeram as primeiras medições diretas de um rearranjo atômico pequeno e extremamente rápido, associado a uma classe chamada transformações martensíticas, que muda drasticamente as propriedades de muitos materiais importantes, como dobrar a dureza do aço e fazer com que ligas com memória de forma voltem à forma anterior. p Usando ondas de choque de alta pressão e pulsos de raios-X ultracurtos na fonte de luz coerente Linac (LCLS), os pesquisadores observaram os detalhes de como essa transformação mudou a estrutura atômica interna de um sistema modelo, nanocristais perfeitos de sulfeto de cádmio. No processo, eles viram pela primeira vez que os nanocristais passam por um estado intermediário teoricamente previsto quando passam por essa mudança.

p "Para projetar e desenvolver novos materiais com as propriedades desejadas, gostaríamos de entender os caminhos microscópicos detalhados que eles seguem à medida que se transformam, "disse o líder da equipe, Aaron Lindenberg, professor assistente no SLAC e Stanford. "A transformação martensítica é especialmente importante, uma vez que ocorre em muitos materiais importantes. Nossa técnica deve, em última análise, nos ajudar a ver o que está acontecendo em outras transformações atômicas também."

p Os resultados da pesquisa da equipe foram publicados no mês passado em Nano Letras .

p Nomeado após o pioneiro metalúrgico alemão Adolf Martens, a transformação martensítica envolve movimentos coletivos de curto alcance dos átomos em um sólido cristalino conforme ele responde ao estresse. Ele foi estudado por mais de 100 anos depois que Martens e colegas identificaram que uma forma cristalina alterada no aço de alto carbono resfriado rapidamente era responsável por sua dureza aprimorada. Embora os movimentos atômicos reais nas transformações martensíticas sejam normalmente menores do que um nanômetro, eles podem ter efeitos enormes nas propriedades de um material. Além de endurecer o aço e facilitar ligas com memória de forma, a transformação martensítica é a base de fenômenos diversos como a deformação geológica devido à tectônica de placas e o mecanismo pelo qual os vírus invasores perfuram as paredes das células.

p Eles atingiram uma folha de metal com um pulso de laser infravermelho intenso, fazendo com que explodisse e enviasse um choque de alta pressão contra os nanocristais. A pressão da onda de choque que passou iniciou a transformação. Os pulsos de raios-X LCLS foram programados para atingir a amostra em várias frações de segundo após o choque, produzindo imagens de difração de raios-X de ação interrompida que mostravam as posições precisas dos átomos do nanocristal durante vários estágios da transformação, que levou apenas 50 trilionésimos de segundo para ser concluído. Os cientistas também variaram a intensidade do laser para criar choques de diferentes pressões de pico.

p A equipe descobriu que as transformações causadas pelos choques de alta pressão procederam diretamente do hexagonal para o cúbico, enquanto aqueles desencadeados pelos choques de baixa pressão formaram um estado intermediário temporário. Simulações calculadas por outros pesquisadores previram o intermediário, Lindenberg disse. Mas sua ausência no caso de alta pressão pode ser uma indicação de que choques fortes agem como catalisadores, diminuindo a barreira de energia da transformação para que ela possa prosseguir diretamente.

p "Este conjunto de experimentos mostra o poder de usar LCLS, lasers e nanocristais de alta potência para examinar os rápidos rearranjos atômicos que são tão importantes na criação de propriedades de materiais, "Lindenberg disse." Até agora, houve apenas cálculos teóricos de como essas transformações deveriam ocorrer. Agora podemos aprender em primeira mão o que realmente acontece. "