Schlüsselrolle struktureller Defekte bei der Verformung amorpher Feststoffe aufgedeckt

Forscher des Indian Institute of Science Education and Research (IISER) Pune und des CSIR-National Chemical Laboratory (NCL) Pune haben gezeigt, dass die makroskopische Verformung amorpher Feststoffe durch strukturelle Defekte im Material gesteuert wird.

Diese gemeinsame Anstrengung unter der Leitung von Dr.

Veröffentlicht im Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften, die Erkenntnisse Behandeln Sie eine seit langem bestehende Frage in der Materialwissenschaft und der Physik der kondensierten Materie.

Alle Materialien verformen sich, wenn äußere Spannungen einwirken. Im Jahr 1934 erklärten GI Taylor, M. Polanyi und E. Orowan unabhängig voneinander, dass makroskopische Verformungen aus der Dynamik von Defekten im Material resultieren. In kristallinen Festkörpern ist die Identifizierung dieser Defekte aufgrund von Gitterverzerrungen relativ einfach.

In amorphen Festkörpern ist die Erkennung defektartiger Bereiche jedoch aufgrund der fehlenden Fernordnung weitaus schwieriger. Während mehrere Ansätze zur Identifizierung weicher, defektartiger Regionen in ungeordneten Festkörpern vorgeschlagen wurden, war die direkte Beobachtung in experimentellen Systemen schwierig.

Um dieses Problem anzugehen, führten Ratimanasee Sahu und Dr. Vijayakumar Chikkadi vom IISER Pune Experimente mit dichten kolloidalen Suspensionen durch, die als Modelle für amorphe Feststoffe dienen. Durch die Verfolgung der Bewegung von fast 100.000 einzelnen kolloidalen Partikeln in drei Dimensionen über die Zeit mithilfe fortschrittlicher Mikroskopietechniken erhielten sie einen beispiellosen Zugang zu mikroskopischen Informationen, die in atomaren Systemen schwer zu erfassen sind.

Diese Studien nutzten den von Mohit Sharma und Dr. Sarika Bhattacharyya am CSIR-NCL, Pune, entwickelten Strukturordnungsparameter, um weiche und harte Bereiche in amorphen Suspensionen zu quantifizieren, was zur Identifizierung struktureller Defekte führte.

„Ein wesentlicher Vorteil dieses Ordnungsparameters, der auf der Grundlage detaillierter mikroskopischer Theorie entwickelt wurde, ist seine praktische Anwendbarkeit in experimentellen Umgebungen, wodurch er im Vergleich zu anderen theoretischen Größen leichter zugänglich ist“, sagte Dr. Sarika Bhattacharyya.

Zum ersten Mal konnte das Team experimentell nachweisen, dass makroskopische Verformungen in kolloidalen Gläsern auf lokalisierte Verformungen zurückzuführen sind, die bei äußerer Belastung bevorzugt in Bereichen mit strukturellen Defekten auftreten.

„Dieser Durchbruch vertieft unser Verständnis darüber, wie Defekte die mechanischen Eigenschaften ungeordneter Feststoffe beeinflussen, erheblich. Er ebnet auch den Weg für die Entwicklung verbesserter rheologischer Modelle auf der Grundlage struktureller Aspekte, die auf eine Vielzahl von Materialien anwendbar sind, einschließlich weicher Materie wie körniger Materialien und Emulsionen.“ sowie Metallgläser“, sagte Dr. Vijaykumar Chikkadi über die Zukunftsaussichten dieser Arbeit.