Os materiais podem se deformar plasticamente ao longo de defeitos de linha em escala atômica, chamados de deslocamentos. Muitas aplicações técnicas, como forjamento, são baseadas neste processo fundamental, mas o poder dos deslocamentos também é explorado nas zonas de esmagamento dos carros, por exemplo, onde os deslocamentos protegem vidas ao transformar energia em deformação plástica. Os pesquisadores da FAU descobriram agora uma maneira de manipular deslocamentos individuais diretamente na escala atômica.

Usando microscopia eletrônica avançada in situ, os pesquisadores do grupo do Prof. Erdmann Spiecker abriram novos caminhos para explorar os fundamentos da plasticidade. Eles publicaram suas descobertas em Avanços da Ciência .

A interface mais fina com defeitos

Em 2013, um grupo interdisciplinar de pesquisadores da FAU encontrou deslocamentos no grafeno de duas camadas - um estudo inovador que foi publicado em Natureza . Os defeitos de linha estavam contidos entre dois planos, Folhas de carbono atomicamente finas - a interface mais fina onde isso é possível. "Quando encontramos os deslocamentos no grafeno, sabíamos que eles não seriam interessantes apenas pelo que fazem no material específico, mas também que eles poderiam servir como um sistema modelo ideal para estudar a plasticidade em geral, “O Prof. Spiecker explica. Sua equipe de dois doutorandos buscou uma forma de interagir com eles.

Um microscópio potente é necessário para ver os deslocamentos. Os pesquisadores de Erlangen são especialistas na área de microscopia eletrônica, e estão constantemente pensando em maneiras de expandir a técnica. "Durante os últimos três anos, expandimos constantemente as capacidades do nosso microscópio para funcionar como uma bancada em nanoescala, "diz Peter Schweizer." Agora podemos não apenas ver nanoestruturas, mas também interagir com eles, por exemplo, empurrando-os, aplicar calor ou uma corrente elétrica. "No núcleo deste instrumento estão pequenos braços de robô que podem ser movidos com precisão em escala nanométrica. Esses braços podem ser equipados com agulhas muito finas que podem ser movidas sobre a superfície do grafeno. Dispositivos de entrada especiais são necessários para um controle de alta precisão.

Plasticidade na ponta dos dedos

No microscópio onde os experimentos foram conduzidos, existem muitos instrumentos científicos - e dois controladores de videogame. "Os alunos costumam nos perguntar para que servem os gamepads, "diz Christian Dolle." Mas é claro, eles são usados ​​puramente para fins científicos. Você não pode dirigir um pequeno braço de robô com um teclado, você precisa de algo mais intuitivo. Leva algum tempo para se tornar um especialista, mas então, até mesmo controlar defeitos de linha em escala atômica torna-se possível. "

Uma coisa que surpreendeu os pesquisadores no início foi a resistência do grafeno ao estresse mecânico. "Quando você pensa sobre isso, são apenas duas camadas de átomos de carbono - e pressionamos uma agulha bem afiada nisso, "diz Peter Schweizer. Para a maioria dos materiais, Isso seria demais, mas o grafeno é conhecido por suportar tensões extremas. Isso permitiu que os pesquisadores tocassem a superfície do material com uma ponta fina de tungstênio e arrastassem os defeitos da linha. "Quando tentamos pela primeira vez, não acreditamos que funcionaria, mas então ficamos maravilhados com todas as possibilidades que se abriram de repente. "Usando essa técnica, os pesquisadores puderam confirmar teorias antigas de interações de defeitos, bem como encontrar novos. "Sem controlar diretamente o deslocamento, não teria sido possível encontrar todas essas interações, "diz Dolle.

"Sem instrumentos de última geração e tempo para experimentar algo novo, isso não teria sido possível, "Spiecker diz." É importante crescer com novos desenvolvimentos, e tente ampliar as técnicas disponíveis. "