Исследователи из Корнелла раскрывают механизмы изменений в материалах на атомном уровне.
Секрет того, как сталь закаляется, а сплавы с памятью формы принимают нужную форму, заключается в быстрых сдвигах на атомном уровне, которые учёным было сложно наблюдать в материалах. Теперь исследователи из Корнелла показывают, как эти трансформации происходят, частица за частицей, с помощью передовых методов моделирования.
Детали исследования
Юлия Дшемучадзе, доцент кафедры материаловедения и инженерии в Корнелле, и Хиллари Пэн, доктор философии, создали компьютерную модель, которая позволила визуализировать переходы между твёрдыми состояниями в беспрецедентных деталях. Они зафиксировали движение каждой частицы в теоретическом материале, когда его кристаллическая структура превращается в другую.
Их выводы, опубликованные в Proceedings of the National Academy of Sciences, показывают не только классические механизмы трансформации, но и совершенно новые, меняя представление учёных об этом фундаментальном процессе в материаловедении.
Основные моменты
- Предыдущие исследования либо описывали стадии до и после трансформаций, либо обсуждали их с теоретической точки зрения.
- Моделирование Дшемучадзе и Пэн позволяет отслеживать, как одна структура формируется из другой, частица за частицей.
- Исследователи сосредоточились на преобразованиях между двумя наиболее распространёнными кристаллическими структурами: гранецентрированной кубической и объёмно-центрированной кубической упаковкой сфер.
Новые открытия
- Системы, в которых микроструктура и температура материала определяют путь трансформации.
- Стабильная промежуточная фаза на пути от объёмно-центрированной кубической к гранецентрированной кубической структуре.
- Совершенно новый способ трансформации: частицы в материале сдвигаются вместе согласованным движением, которое ранее не было предсказано или наблюдалось.
Это исследование показывает, что пути, по которым идут трансформации, не всегда чётко определяются сравнением конфигураций материала до и после. Вместо этого они связаны с формой взаимодействия частиц. Полученные данные могут помочь экспериментаторам интерпретировать данные из систем материалов, предоставляя смоделированные шаблоны для трансформаций, которые остаются невидимыми в реальном времени.