Un recente documento condotto dall'UNSW pubblicato su Nature Communications presenta un nuovo entusiasmante modo di ascoltare valanghe di atomi nei cristalli.
Il movimento su scala nanometrica degli atomi quando i materiali si deformano porta all’emissione sonora. Questo cosiddetto rumore scoppiettante è un fenomeno invariante di scala riscontrato in vari sistemi materiali come risposta a stimoli esterni come forza o campi esterni.
I movimenti materiali a scatti sotto forma di valanghe possono estendersi su molti ordini di grandezza in termini di dimensioni e seguire regole di scala universali descritte dalle leggi di potenza. Il concetto è stato originariamente studiato come rumore di Barkhausen nei materiali magnetici e ora viene utilizzato in diversi campi, dalla ricerca sui terremoti e il monitoraggio dei materiali da costruzione alla ricerca fondamentale che coinvolge transizioni di fase e reti neurali.
Il nuovo metodo per le misurazioni del rumore scoppiettante su scala nanometrica sviluppato dai ricercatori dell'UNSW e dell'Università di Cambridge si basa sulla nanoindentazione SPM.
"Il nostro metodo ci consente di studiare il rumore scoppiettante delle singole caratteristiche su scala nanometrica nei materiali, come le pareti dei domini nei materiali ferroelettrici", afferma l'autore principale, il dottor Cam Phu Nguyen. "I tipi di valanghe atomiche differiscono intorno a queste strutture quando il materiale si deforma."
Uno degli aspetti più interessanti del metodo è il fatto che le singole caratteristiche su scala nanometrica possono essere identificate immaginando la superficie del materiale prima di intaccarla. Questa differenziazione consente nuovi studi che prima non erano possibili.
In una prima applicazione della nuova tecnologia i ricercatori dell'UNSW hanno utilizzato il metodo per studiare le discontinuità nei materiali ordinati, chiamate domain wall.
"I muri di dominio sono stati al centro della nostra ricerca per qualche tempo. Sono molto interessanti come elementi costitutivi dell'elettronica post-Legge di Moore", afferma l'autore Prof. Jan Seidel, anche lui dell'UNSW. "Mostriamo che gli esponenti critici per le valanghe sono alterati a queste caratteristiche su scala nanometrica, portando alla soppressione della criticità mista, che sarebbe altrimenti presente nei domini."
Dal punto di vista delle applicazioni e delle nuove funzionalità dei materiali, la microscopia del rumore crepitante rappresenta una nuova opportunità per generare conoscenze avanzate su tali caratteristiche su scala nanometrica. Lo studio discute gli aspetti sperimentali del metodo e fornisce una prospettiva sulle direzioni e applicazioni future della ricerca.
Ulteriori informazioni: Cam-Phu Thi Nguyen et al, Microscopia del rumore crepitante, Comunicazioni sulla natura (2023). DOI:10.1038/s41467-023-40665-4
Informazioni sul giornale: Comunicazioni sulla natura
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