Defeitos que se imaginam viajando através de diamante mais rápido do que a velocidade do som

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Defeitos que se imaginam viajando através de diamante mais
rápido do que a velocidade do som
Ilustração de um pulso de laser intenso atingindo um cristal de diamante. (Greg Stewart/SLAC National
Accelerator Laboratory)
Defeitos em materiais nem sempre levam a um colapso. Eles às vezes podem torná-los mais fortes.
Como você pode imaginar, é importante que os cientistas saibam quais serão. Agora, um novo estudo
forneceu algumas informações vitais sobre as diferenças, rastreando a velocidade com que pequenas
rachaduras podem viajar.
Pesquisadores de várias instituições internacionais foram capazes de registrar defeitos lineares – ou
deslocamentos – viajando mais rápido do que a velocidade do som através do diamante; descobertas
que também devem se aplicar a outros materiais importantes, melhorando os modelos em tudo, desde
terremotos a aeronaves.
As luxações são pequenas mudanças nos cristais. (Greg Stewart/SLAC National Accelerator
Laboratory)
“Até agora, ninguém foi capaz de medir diretamente a rapidez com que essas luxações se espalham
através de materiais”, diz a cientista de materiais Leora Dresselhaus-Marais, da Universidade de
https://www6.slac.stanford.edu/news/2023-10-05-groundbreaking-study-shows-defects-spreading-through-diamond-faster-speed-sound
https://www.sciencealert.com/defective-diamonds-could-be-the-next-hard-drive
https://en.wikipedia.org/wiki/Dislocation
https://www.sciencealert.com/scientists-reveal-how-natural-gates-control-which-earthquakes-hit-magnitude-8
https://www6.slac.stanford.edu/news/2023-10-05-groundbreaking-study-shows-defects-spreading-through-diamond-faster-speed-sound
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Stanford.
Dresselhaus-Marais e seus colegas usaram um laser intenso para conduzir ondas de choque através de
minúsculos cristais de diamante sintético, monitorando as deformações resultantes até bilionésimo de
segundo com um laser de elétrons livres de raios-X.
A onda inicial através do material é elástica, com os átomos saltando de volta ao lugar enquanto ele
passa. A segunda é uma onda de plástico, onde os padrões dos átomos no diamante são
permanentemente desalojados. Essas luxações causam as chamadas falhas de empilhamento, onde as
camadas de rede de cristal não se alinham da maneira que deveriam.
Quando as luxações se encontram, elas podem atrair ou repelir umas às outras, o que, por sua vez,
pode criar mais deslocamentos. Compreender essas interações e a velocidade dessas interações é
crucial para descobrir como os materiais reagirão ao estresse.
“Se um material estrutural falha mais catastroficamente do que se esperava por causa de sua alta taxa
de fracasso, isso não é tão bom”, diz o cientista de materiais Kento Katagiri, da Universidade de Osaka,
no Japão. “Precisamos aprender mais sobre esse tipo de falha catastrófica.”
Na verdade, existem dois tipos de ondas sonoras que viajam através de sólidos: ondas sonoras
transversais mais lentas, criadas pela resistência material, e as ondas longitudinais mais rápidas que são
semelhantes às que se movem através do ar.
Os experimentos sugerem que as luxações se espalham pelo diamante mais rapidamente do que as
ondas sonoras transversais. O próximo passo é executar testes para ver se eles podem bater as ondas
sonoras longitudinais, que precisarão de pulsos de laser ainda mais intensos.
Saber tudo isso é uma grande ajuda para os cientistas que tentam calcular como os materiais podem
reagir sob forças intensas. Até agora, defeitos mais rápidos do que o som tinham sido apenas
teoricamente modelados.
“Entender o limite superior de mobilidade de deslocamento em cristais é essencial para modelar, prever
e controlar com precisão as propriedades mecânicas dos materiais sob condições extremas”, escrevem
os pesquisadores em seu artigo publicado.
A pesquisa foi publicada na Science.
https://en.wikipedia.org/wiki/Free-electron_laser
https://en.wikipedia.org/wiki/Stacking_fault
https://en.wikipedia.org/wiki/Stacking_fault
https://www.sciencealert.com/new-metamaterial-design-can-switch-from-hard-to-soft-and-back-again
https://www6.slac.stanford.edu/news/2023-10-05-groundbreaking-study-shows-defects-spreading-through-diamond-faster-speed-sound
https://en.wikipedia.org/wiki/Transverse_wave
https://en.wikipedia.org/wiki/Longitudinal_wave
https://www.sciencealert.com/scientists-are-about-to-fire-up-the-most-powerful-laser-in-the-us
https://www.sciencealert.com/scientists-are-about-to-fire-up-the-most-powerful-laser-in-the-us
https://www.sciencealert.com/another-cable-just-broke-at-the-arecibo-dish-and-scientists-are-worried
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adh5563
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adh5563