Su scala micrometrica, le proprietà di deformazione dei metalli cambiano profondamente:il comportamento regolare e continuo dei materiali sfusi diventa spesso a scatti a causa di scoppi di deformazione casuale di varie dimensioni. La ragione di questo fenomeno è la complessa ridistribuzione intermittente delle dislocazioni reticolari (che sono difetti cristallini lineari responsabili della deformazione irreversibile dei materiali cristallini) dovuta al carico esterno, che è anche la causa della formazione della superficie a gradino irregolare alla deformazione.

Per studiare più in dettaglio questo fenomeno, i gruppi di ricerca dell'Università Eötvös Loránd di Budapest, dell'Università Carlo di Praga e dell'École des Mines de Saint-Étienne hanno sviluppato una piattaforma micromeccanica altamente sensibile, dove è possibile rilevare deboli onde elastiche emesse dal campione durante la deformazione di pilastri a scala micrometrica. Esperimenti di compressione eseguiti su tali micropilastri monocristallini di zinco in un microscopio elettronico a scansione hanno confermato che questi cosiddetti segnali acustici si verificano effettivamente durante le esplosioni di deformazione, quindi questo esperimento ci ha permesso, per la prima volta, di sentire praticamente il "suono delle dislocazioni".

I segnali acustici vengono campionati con una frequenza di 2,5 MHz; pertanto, forniscono informazioni estremamente dettagliate sulla dinamica delle dislocazioni. Le approfondite analisi statistiche eseguite dai ricercatori hanno rivelato che le esplosioni di deformazione mostrano una struttura a due livelli:quello che finora è stato visto come un singolo slip plastico è, infatti, il risultato di diversi eventi correlati su una scala temporale di μs-ms.

Il risultato più sorprendente degli esperimenti è che questo processo, nonostante le differenze fondamentali tra i meccanismi di deformazione dei metalli e quello delle placche tettoniche, è risultato del tutto analogo ai terremoti.

I segnali acustici emessi dalle provette seguivano le leggi empiriche fondamentali stabilite per le principali scosse e scosse di assestamento in sismologia, come le leggi di Gutenberg-Richter e Omori.

"Si prevede che questi risultati avranno un elevato impatto tecnologico poiché, per la prima volta, siamo stati in grado di osservare la connessione diretta tra i segnali acustici e gli eventi plastici che li emettevano", ha affermato Péter Dusán Ispánovity, assistente professore all'Università Eövös Loránd e capo del il gruppo di ricerca sulla micromeccanica e sulla modellazione multiscala. "Poiché la misurazione dell'emissione acustica è un metodo frequente per monitorare e localizzare i guasti dei materiali nelle applicazioni tecnologiche, fornendo informazioni fondamentalmente nuove sulla fisica sottostante i nostri risultati dovrebbero contribuire all'ulteriore sviluppo di questa tecnica."

David Ugi, Ph.D. studente del gruppo di Ispánovity e corrispondente autore della pubblicazione ha aggiunto che "questi esperimenti sono piuttosto complessi, poiché bisogna accoppiare lo strumento di manipolazione di precisione nanometrica con il sensore acustico estremamente sensibile, il tutto nella camera a vuoto di un microscopio elettronico a scansione. Tale le misurazioni, a nostra conoscenza, al momento possono essere eseguite solo presso il nostro laboratorio", ha aggiunto il giovane ricercatore.

La metodologia può essere utilizzata anche per studiare altri tipi di meccanismi di deformazione, come gemellaggio o frattura, così i risultati, che sono stati pubblicati in Nature Communications, si prevede che aprano nuove prospettive nella ricerca delle proprietà micromeccaniche dei materiali. + Esplora ulteriormente

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