Si dice che un anello debole determini la forza dell'intera catena. Allo stesso modo, difetti o piccole crepe in un materiale solido possono in definitiva determinare la resistenza di quel materiale, ovvero quanto bene resisterà a varie forze. Per esempio, se viene esercitata una forza su un materiale contenente una fessura, grandi sollecitazioni interne si concentreranno su una piccola regione vicino al bordo della fessura. Quando questo accade, viene avviato un processo di fallimento, e il materiale potrebbe iniziare a cedere attorno al bordo della fessura, che poi potrebbe propagarsi, portando alla rottura definitiva del materiale.

Che cosa, Esattamente, succede proprio intorno al bordo della crepa, nell'area in cui si concentrano queste grandi sollecitazioni? Prof. Eran Bouchbinder del Dipartimento di Fisica Chimica del Weizmann Institute of Science, che ha condotto una ricerca su questa domanda con il dott. Chih-Hung Chen e il prof. Alain Karma della Northeastern University, Boston, spiega che i processi che avvengono in questa regione sono universali:si verificano allo stesso modo in materiali diversi e in condizioni diverse. "La caratteristica più eccezionale che abbiamo scoperto, "dice il prof. Bouchbinder, "è la relazione non lineare tra la forza delle forze e la risposta che si verifica nel materiale adiacente alla fessura. Questa regione non lineare, che la maggior parte degli studi trascura, è in realtà di fondamentale importanza per capire come si propagano le crepe. Soprattutto, è intimamente legato alle instabilità che possono causare la propagazione delle crepe lungo traiettorie ondulate o la spaccatura, quando ci si aspetterebbe che continuassero semplicemente in linea retta."

Indagando sulle forze in gioco vicino al bordo della fessura, Il prof. Bouchbinder e i suoi colleghi hanno sviluppato una nuova teoria, pubblicata di recente in Fisica della natura – che consentirà ai ricercatori di comprendere, calcolare, e prevedere la dinamica delle cricche in varie condizioni fisiche. Questa teoria può avere implicazioni significative per la ricerca sulla fisica dei materiali e per comprendere i modi in cui i materiali falliscono.

Isole di morbidezza

Esplorare un argomento diverso, in un articolo apparso di recente su Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze degli Stati Uniti d'America ( PNAS ), Il prof. Bouchbinder e un gruppo di colleghi hanno studiato le proprietà fondamentali dello "stato vetroso" della materia.

Lo stato vetroso può esistere in un'ampia gamma di materiali se il loro stato liquido viene raffreddato abbastanza rapidamente da impedire loro di assumere un ordine, stato cristallino. Gli occhiali sono così disordinati, o amorfo, solidi e includono, Per esempio, vetro della finestra, plastica, materiali gommosi, e metalli amorfi. Anche se questi materiali ci circondano e trovano una vasta gamma di applicazioni, comprendere le loro proprietà fisiche è stato estremamente impegnativo, dovuto, in gran parte, alla mancanza di strumenti per caratterizzare le loro strutture intrinsecamente disordinate e per caratterizzare come queste strutture influenzino le proprietà dei materiali.

Dr. Jacques Zylberg del gruppo del Prof. Bouchbinder, Dott. Edan Lerner dell'Università di Amsterdam, Dr. Yohai Bar-Sinai dell'Università di Harvard (ex studente di dottorato del Prof. Bouchbinder's), e il prof. Bouchbinder ha trovato un modo per identificare regioni particolarmente morbide all'interno di materiali vetrosi. Questi "punti deboli, " che sono identificati misurando l'energia termica locale attraverso il materiale, hanno dimostrato di essere altamente suscettibili ai cambiamenti strutturali quando viene applicata la forza. In altre parole, questi punti deboli giocano un ruolo centrale quando i materiali vetrosi si deformano e fluiscono irreversibilmente sotto l'azione di forze esterne. La teoria sviluppata dai ricercatori ci avvicina così alla comprensione dei misteri dello stato vetroso della materia.