Un fenomeno che è stato osservato in precedenza quando i ricercatori simulavano le proprietà dei nuclei dei pianeti a pressioni estreme, ora è stato osservato anche nel titanio puro a pressione atmosferica. Catene di atomi si muovono alla velocità della luce all'interno del materiale solido.

"Il fenomeno che abbiamo scoperto cambia il modo in cui pensiamo al trasporto di massa nei metalli. Spiega le proprietà dei metalli che abbiamo, fino ad ora, non essere riuscito a capire. È troppo presto per dire cosa significhi in termini pratici, ma più sappiamo come funzionano i materiali in condizioni diverse, le migliori possibilità che abbiamo di sviluppare materiali con proprietà nuove o migliorate, " dice Davide Sangiovanni, ricercatore presso la Divisione di Fisica Teorica della LIU e autore principale di un articolo pubblicato su Lettere di revisione fisica .

Struttura di cristallo

In materiali solidi come metalli, gli atomi sono disposti in una struttura cristallina ben organizzata, a distanze definite l'uno dall'altro. La diffusione si verifica tipicamente come salti isolati "rari" di atomi in posti vacanti (difetti di cristallo). Però, per alcuni materiali, come i conduttori ionici veloci a temperature elevate, o acqua ("ghiaccio superionico") e ferro alle pressioni estreme che si trovano nei nuclei planetari:lunghe catene di atomi/ioni possono improvvisamente iniziare a muoversi a velocità sorprendentemente elevate come entità. Il processo avviene su scale temporali di picosecondi o nanosecondi, e non intacca la struttura cristallina. Il fenomeno è talvolta chiamato "diffusione concertata, " "diffusione superionica" o "diffusione liquida, " ed è stato descritto in una serie di articoli teorici.

La scoperta più emozionante che abbia fatto, però, insieme ai colleghi dell'Università di Linköping e delle università in Germania e Russia, è che la stessa diffusione può avvenire nella fase cubica del titanio puro, alla normale pressione atmosferica e ad una temperatura inferiore al punto di fusione.

Diffusione concertata

Titanio, zirconio e afnio, che sono tutti nel gruppo IVB della tavola periodica, hanno diverse proprietà caratteristiche che i ricercatori non sono stati in grado di spiegare, fino ad ora.

"Nell'articolo, mostriamo che le proprietà anomale dei metalli del gruppo IVB nella loro struttura cubica derivano dalla diffusione concertata, in cui le catene atomiche si contorcono attraverso il cristallo solido, "dice Davide Sangiovanni.