Majdnem 80 évvel ezelőtt Orován Egon, Polányi Mihály és Sir Geoffrey Ingram Taylor egymástól függetlenül ismerték fel, hogy a fémek maradandó alakváltozását vonalszerű rácshibák, úgynevezett diszlokációk hozzák létre. A hibavonalak – amelyeket a fémek általában igen nagy számban tartalmaznak – az alakváltozás során akadályozzák egymás mozgását, ez pedig az anyagban akadozó deformálódást, lavinaszerű viselkedést eredményez.

„A lavinajelenségek során energia szabadul fel, melynek jelentős része – a földrengésekhez hasonló módon – rugalmas hullámok formájában távozik. Ez az akusztikus emisszió jelensége” – magyarázza Ispánovity Péter Dusán, az ELTE Anyagfizikai Tanszék adjunktusa, a kutatócsoport vezetője.

Eötvös Loránd Tudományegyetem

A jelenséget mikroszkopikus méretű mintadarabokon figyelhetjük meg legkönnyebben, mivel ezekben kevés hibavonal található. Éppen ezért az ELTE Mikromechanika és Multiskálás Modellezés Kutatócsoportja a prágai Károly Egyetem munkatársaival közösen néhány mikrométer méretű cink egykristály oszlopokat készített. Összehasonlításul: egy hajszál tipikus átmérője 75 mikrométer. Az így előállított mikrooszlopokat a mikroszkóp vákuumkamrájában összenyomták, hogy a folyamatot vizuálisan is követhessék.

A kísérletek zömét Ugi Dávid, az Anyagfizikai Tanszék doktorjelöltje végezte. „Rendkívül összetett kísérletekről van szó, melynek során össze kellett hangolnunk a nanométeres pontosságú manipuláló eszközt az akusztikus jelek érzékelésére szolgáló detektorral, mindezt az elektronmikroszkóp vákuumkamrájában. Ennek a komplex mérésnek az elvégzésére jelen pillanatban az egész világon csak a mi laboratóriumunkban van lehetőség” – mondta el a fiatal kutató.

A fenti videón egy mikrooszlop összenyomása látható. Mivel a detektált akusztikus jelek az ultrahang tartományába esnek – az emberi fül számára nem érzékelhetőek – a kutatók ezeket hallhatóvá tették. A hangjelek puszta detektálása már önmagában is figyelemreméltó eredmény, hiszen korábban nem sikerült direkt kapcsolatot teremteni a hangjelek és az azokat kiváltó deformációs folyamatok között. A kutatók azonban az akusztikus jelekből további fontos következtetéseket is levontak.

Megállapították, hogy a deformációs események ugyanúgy viselkednek, mint a földrengések: a méretük eloszlását a szeizmológiában jól ismert egyetemes Gutenberg–Richter-törvény írja le, és a miniatűr földrengéseket számos elő- és utórengés is övezi. Ha nagyon különböző fizikai rendszerek bizonyos körülmények között azonos viselkedést mutatnak, az univerzalitás jelenségének példájával állunk szemben. Az eredményeket erősíti, hogy szimulációkkal is sikerült reprodukálni. Az ezzel kapcsolatos kutatási eredményt a Nature Communications közölte.

A deformáció előtti állapot.

Eötvös Loránd Tudományegyetem

„Eredményeink gyakorlati jelentősége is nagy, hiszen a világon elsőként sikerült közvetlen kapcsolatot teremtenünk a mért akusztikus jelek és az azokat kiváltó deformációs mechanizmus között, az akusztikus jeleket pedig számos ipari alkalmazásban használják anyaghibák keresésére, valamint a szerkezeti anyagok állapotának vizsgálatára” – mondja Ispánovity Péter Dusán.

Groma István, az Anyagfizikai Tanszék professzora hozzátette: „A kutatás egészen új távlatokat nyit a területen, hiszen a jövőben a módszer számos különböző anyag esetén is alkalmazható. A tanszéken kifejlesztett deformációs platform, amellyel a mikrooszlopok összenyomását végezték, minden szempontból felveszi a versenyt a piacon elérhető hasonló eszközökkel, sőt, bizonyos tekintetben túl is szárnyalja azokat. A saját fejlesztésű eszköz legnagyobb értéke, hogy minden részletét pontosan ismerjük, és könnyen tudunk olyan hardveres vagy szoftveres változtatásokat eszközölni rajta, melyeket az adott speciális eset megkövetel.”

Ha máskor is tudni szeretne hasonló dolgokról, lájkolja a HVG Tech rovatának Facebook-oldalát.