Interrompendo deliberatamente l'ordine dei materiali - introducendo atomi diversi nel metallo o nanoparticelle nei cristalli liquidi - possiamo indurre nuove qualità. Per esempio, leghe metalliche come il duralluminio, composto per il 95% da alluminio e per il 5% da rame, sono solitamente più duri dei metalli puri. Ciò è dovuto ad un'interazione elastica tra i difetti del cristallo, chiamate dislocazioni, e gli atomi di soluto, che formano intorno a loro le cosiddette nuvole di Cottrell. In tali nuvole, la concentrazione degli atomi di soluto è superiore alla concentrazione media nel materiale.
In un articolo pubblicato su EPJ MI , Patrick Oswald dell'École Normale Supérieure di Lione, Francia, e Lubor Lejček dell'Accademia delle scienze ceca hanno ora calcolato teoricamente le proprietà statiche e dinamiche delle nuvole di Cottrell, che formano dislocazioni attorno ai bordi in cristalli liquidi lamellari della varietà smectic A decorati con nanoparticelle. Questo lavoro potrebbe essere importante, Per esempio, nel contesto del miglioramento delle prestazioni lubrificanti di tali cristalli liquidi.
Le nuvole di Cottrell sono difficili da studiare nei materiali solidi, e ancora di più quando le dislocazioni sono in movimento. Questo non è il caso di uno smectic A cristalli liquidi drogati con nanoparticelle d'oro dove le nuvole di Cottrell sono visibili sotto un semplice microscopio ottico. Inoltre, la densità delle dislocazioni può essere controllata sperimentalmente in questi materiali, consentendo di misurare direttamente la mobilità di dislocazione. Un recente esperimento ha dimostrato che diminuisce all'aumentare della concentrazione di nanoparticelle. Questo porta ad un indurimento del materiale, molto simile a quanto si osserva nelle leghe metalliche.
Quando le dislocazioni si muovono lentamente, le nuvole di nanoparticelle di Cottrell sono trascinate dalle dislocazioni, che ne riduce la mobilità. In questo studio, gli autori dimostrano una formula precedentemente utilizzata per approssimare la mobilità delle dislocazioni in presenza di nuvole di Cottrell. Quindi eseguono una simulazione numerica del problema per studiare come la nuvola di Cottrell si erode quando la dislocazione si muove ad alta velocità.
