在监视下–不安的原子导致材料老化

原子有跳过固体的习惯–这是物理学家最近首次使用全新方法进行的实践。由于利用了先进的X射线源(称为电子同步加速器),使得这项科学进步成为可能。在奥地利科学基金会FWF的支持下,该项目的详细发现最近在著名的自然材料期刊上发表。这项工作为在原子水平上研究材料老化过程释放了新的潜力。

有时候,事情会变得很漂亮“wild”在固体中。例如,金环中数十亿个原子可以每秒移动一次位置。但是,不仅仅是普通人看不见原子在跳来跳去–物理学家们也长期以来一直无法亲眼目睹这一过程。但是,特别有一个很好的理由说明为什么科学家应该改变所有这些。原子的不安是老化的原因,因此是特定材料性能的损失。

现在已经大大增强了对原子运动的科学理解。维也纳大学物理系的一组研究人员开创了一种方法,该方法可以在原子穿过固体时直接跟踪原子。为了实现这一突破,该团队以法国格勒诺布尔的欧洲同步加速器辐射设施的形式应用了最先进的技术,该技术产生了具有卓越强度和质量的特殊X射线。这些X射线–目前只能在全球三个研究机构中生成–允许研究人员观察铜/金合金中原子的运动。

跳数的两倍
科学家发现了原子跳跃的距离和方向,以及这种运动如何受温度影响。团队成员Mag。迈克尔·莱特纳(Michael Leitner)解释:“我们的研究表明,在270摄氏度的温度下,原子每小时大约一次改变晶格中的位置。但是那’不是全部。如果我们仅将温度提高10摄氏度,原子的跳跃率就会加倍。当然,反之亦然–如果温度下降10度,原子只会以一半的频率跳跃。”

将来,最近完成的实验将作为测量众多技术上重要的金属系统中原子运动的基础。这是理解材料老化过程的重要的第一步,这是由于原子内部的不安。例如,为了确保汽车发动机不磨损并且计算机能够正常运行,通常需要在受控的生产条件下(通常在高温下)将外来原子分配到特定位置。不幸的是,这些原子也倾向于离开它们“allocated”暴露在高温下会迅速定位,结果使材料失去其所需的性能。

手段就是终点
除了实验得出的关于原子运动的发现之外,该项目本身的实施是一项重大成就。确实,只有巧妙地使用各种过滤器,科学家才能提取出特殊的“coherent”来自同步加速器的X射线。仅此一项就构成了总部设在维也纳的物理学团队研究领域的巨大进步。魔术师莱特纳:“目前正在进行进一步提高X射线质量的工作。例如,正在德国汉堡制造欧洲X射线自由电子激光。这种激光将开辟一系列新的令人兴奋的可能性。”

欧洲X射线激光将用于材料研究以外的领域。它也将是研究重要物质(如蛋白质)结构的独特工具。虽然使用“coherent”X射线仍处于起步阶段,由FWF支持的项目已朝着其普遍应用迈出了重要一步–将奥地利科学家置于科学进步的最前沿。

图像和文字将于2009年9月14日(星期一)美国中部时间上午09.00开始在线提供:
http://www.fwf.ac.at/en/public-relations/press/pv200909-en.html

原始出版物:“Atomic diffusion studied with 相干 X-rays”M. Leitner,B.Sepiol,L.Stadler,B.Pfau&G.沃格自然材料8,717–720(2009),DOI:10.1038 / nmat2506

科学联系方式:
魔术师迈克尔·莱特纳
维也纳大学
物理系
Strudlhofgasse 4
1090维也纳
奥地利
电话+43 / 1/42 77– 513 10
电子邮件[email protected]

奥地利科学基金会FWF:
魔术师斯蒂芬·伯恩哈特(Stefan Bernhardt)
Haus der Forschung
Sensengasse 1
1090维也纳
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