Il modo in cui le cose si deformano e si rompono è importante per gli ingegneri, in quanto li aiuta a scegliere e progettare i materiali che useranno per costruire le cose. I ricercatori dell'Università di Aalto e dell'Università di Tampere hanno allungato i campioni di lega metallica fino al loro punto di rottura e li hanno filmati utilizzando telecamere ultraveloci per studiare cosa succede. Le loro scoperte hanno il potenziale per aprire una nuova linea di ricerca nello studio della deformazione dei materiali.

Quando i materiali si allungano un po', si espandono, e quando l'allungamento si ferma, tornano alla loro dimensione originale. Però, se un materiale si allunga molto, non tornano più alla loro dimensione originale. Questo allungamento eccessivo è indicato come deformazione "plastica". I materiali che hanno iniziato a deformarsi plasticamente si comportano diversamente quando vengono allungati ulteriormente, e alla fine si spezzano in due. Alcuni materiali, comprese le leghe di alluminio leggere utilizzate in applicazioni ad alta tecnologia come automobili e aerei, iniziano a deformarsi in modo imprevedibile quando si deformano plasticamente. Il problema specifico a cui i ricercatori erano interessati a risolvere è chiamato effetto Portevin-Le Chatelier (PLC), dove le bande di deformazione nel materiale si muovono quando viene allungato. Il movimento di queste bande provoca la deformazione imprevedibile, e i ricercatori volevano sviluppare una migliore comprensione di come si muovevano, per essere in grado di prevedere meglio come questi materiali si deformerebbero. "C'erano modelli di come questi materiali si deformavano, " ha detto il professor Mikko Alava, il capo del gruppo di ricerca di Aalto, "ma fino ad ora, non sono stati molto utili".

Per sviluppare il nuovo modello, i ricercatori hanno utilizzato telecamere ad altissima velocità, illuminato con luce laser, fotografare i campioni. Una volta raccolti questi dati, sono stati in grado di vedere quali modelli teorici si adattano ai dati. Hanno scoperto che un modello per il comportamento dei magneti, chiamato modello ABBM, potrebbe essere utilizzato per prevedere il comportamento dei materiali poiché si sono deformati molto bene. Il modello ABBM è ben consolidato nella scienza dei materiali per descrivere il cambiamento della magnetizzazione nei magneti. "L'arte della teoria di questo lavoro è stata capire quali parametri del materiale erano allineati con i parametri in una versione evoluta del modello ABBM, " ha detto il professor Alava, "e poi raccogliendo la grande quantità di dati che abbiamo fatto, siamo stati in grado di mostrare come il modello potrebbe essere utilizzato per prevedere la deformazione in questi materiali." I risultati sono pubblicati in Progressi scientifici .

"Finora la risoluzione temporale degli esperimenti non è stata sufficiente per il confronto con questo tipo di modello, " disse Tero Mäkinen, dottorando con la maggiore responsabilità per lo studio. "Il movimento delle bande di deformazione è stato studiato in precedenza, in particolare nella comunità della scienza dei materiali, ma bisogna davvero vedere i minimi dettagli per essere in grado di dimostrare che le bande si comportano, in un certo senso, in modo simile ai magneti".

"È abbastanza notevole che due fenomeni apparentemente così diversi - il cambiamento della magnetizzazione nei magneti e la propagazione delle bande di deformazione nelle leghe - possano essere descritti allo stesso modo, semplice modello di fisica statistica, " afferma il Professore Associato Lasse Laurson dell'Università di Tampere, che hanno partecipato allo studio.

La ricerca è arrivata da molto tempo. "Ho avuto l'idea generale intorno al 2015, " spiega il professor Alava, ma ora che è stato dimostrato che il modello si applica all'effetto PLC nelle leghe di alluminio, il gruppo è interessato a testare se si applica a una gamma più ampia di leghe metalliche. "Esistono diversi tipi di bande PLC che possono esistere nei materiali, l'abbiamo mostrato per un tipo, e ora vogliamo vedere se si applica a tutti loro".