Syl Kacapyr, Cornell Universiteti

Stefani Baum tərəfindən redaktə edilmişdir , Andrew Zinin tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləriKredit: Milli Elmlər Akademiyasının Materialları (2025). DOI: 10.1073/pnas.2507403122

Poladın necə sərtləşdiyinin və forma yaddaşı olan ərintilərin necə yerləşdiyinin sirri, elm adamlarının materiallarda müşahidə etməkdə çətinlik çəkdiyi sürətli, atom miqyaslı yerdəyişmələrdə yatır. İndi Kornell tədqiqatçıları qabaqcıl modelləşdirmə üsulları vasitəsilə bu çevrilmələrin hissəcik-hissəcik necə baş verdiyini açıqlayırlar.

Xüsusi hazırlanmış kompüter simulyasiyalarından istifadə edərək, Cornell Engineering-də materialşünaslıq və mühəndislik kafedrasının dosenti Julia Dshemuchadse və Ph.D. Hillari Pan bərk-bərk faza keçidlərini görünməmiş təfərrüatlarla vizuallaşdıraraq nəzəri materialdakı hər bir hissəciyin kristal quruluşunun digərinə çevrilməsi zamanı onun hərəkətini ələ keçirdilər.

Proceedings of the National Academy of Sciences jurnalında dərc olunmuş onların tapıntıları təkcə klassik transformasiya mexanizmlərini deyil, həm də tamamilə yeni mexanizmləri ortaya qoyur və elm adamlarının materialşünaslıqda bu fundamental prosesi necə başa düşdüklərini yenidən formalaşdırır.Oyna

00:00

00:12SəssizParametrlərPIPTam ekrana daxil olun

OynaHissəciklər iki quyulu LJGP ilə qarşılıqlı əlaqədə olduqda, soyutma zamanı baş verən bcc-dən bct keçidinin simulyasiyası. Mavi hissəciklərin bcc yerli mühitləri, narıncı hissəciklərin isə bct yerli mühitləri var. Termal dalğalanmaları düzəltmək üçün hər bir çərçivədəki hissəciklərin mövqeləri on çərçivədə orta hesabla alınır. Kredit: Milli Elmlər Akademiyasının Materialları (2025). DOI: 10.1073/pnas.2507403122

Dşemuçadse, “Əvvəlki tədqiqatların əksəriyyəti ya çevrilmələrin əvvəlki və sonrakı mərhələləri haqqında məlumat verir, ya da onları nəzəri baxımdan müzakirə edir” dedi. “Bizim hesablama tədqiqatımız bu iki daha ənənəvi yanaşma arasındakı boşluğu dolduran ilk tədqiqatdır. Biz çevrilmələri birbaşa təqlid edirik və bir strukturun digərindən necə əmələ gəldiyini hissəciklərə görə izləyə bilirik.”

Tədqiqatçılar diqqəti ən çox yayılmış iki kristal quruluş arasında transformasiyaya yönəldiblər: üz mərkəzli kub və bədən mərkəzli kub sfera paketləri. Bu strukturlar geniş çeşiddə materiallarda – plastik kimi yumşaq maddə sistemlərindən dəmir və polad kimi sərt metallara qədər rast gəlinir, burada belə transformasiyalar metalın bərkiməsi kimi sənaye proseslərində əsas rol oynayır.

“Arada nə baş verdiyini bilmək üçün sizə lazım olan qətnaməni çəkmək üçün kifayət qədər sürətli kamera yoxdur” dedi Pan, “və rentgen şüalarının difraksiya üsulları çevrilmənin əslində necə getdiyi barədə məhdud məlumat verir.”

Təxminən 4000 hissəcikdən ibarət kiçik simulyasiyalardan başlayaraq, sonra 100.000-dən çox hissəciklərə qədər miqyas alan tədqiqatçılar abstrakt, tənzimlənə bilən hissəciklərdən istifadə edərək ümumi transformasiya davranışını araşdırmaq üçün modellər hazırlayıblar. Bu, onlara atom sistemləri üçün təklif edilmiş üç tanınmış mexanizm də daxil olmaqla bir çox transformasiya yollarını xarakterizə etməyə imkan verdi: Bain, Kurdjumov-Sachs və Nishiyama-Wassermann oriyentasiya əlaqələri.

Simulyasiyalar materialın mikrostrukturunun və temperaturunun keçilən transformasiya yolunu diktə etdiyi sistemləri tapdı və bədən mərkəzli kubdan üz mərkəzli kuba qədər olan yolda sabit aralıq faza aşkar etdi.

Lakin tədqiqatın ən təəccüblü kəşflərindən biri transformasiyanın baş verə biləcəyi tamamilə yeni bir üsul idi: materialdakı hissəciklər əvvəllər proqnozlaşdırılmamış və ya görülməmiş koordinasiyalı, çox vahidli kəsmə hərəkəti ilə birlikdə yerdəyişdi.Oyna

00:00

00:05SəssizParametrlərPIPTam ekrana daxil olun

OynaHissəciklər iki quyulu LJGP ilə qarşılıqlı əlaqədə olduqda, soyutma zamanı baş verən bct-fcc keçidinin simulyasiyası. bct yerli mühiti olan hissəciklər narıncı rəngə, fcc yerli mühiti olan hissəciklər isə yaşıl rəngə boyanmışdır. Kredit: Milli Elmlər Akademiyasının Materialları (2025). DOI: 10.1073/pnas.2507403122

“Əhəmiyyətlisi, tədqiqat göstərir ki, aparılan yollar materialın konfiqurasiyasından əvvəl və sonra müqayisə edilərək aydın şəkildə müəyyən edilmir” dedi Dşemuchadse, “bu da tədqiqatçıların bu çevrilmələri hərəkətdə müşahidə edə bilmədikdə onları təsnif etməkdə haqlı olaraq mübarizə apardıqlarını göstərir.”

Bunun əvəzinə, yollar əsas hissəciklərin qarşılıqlı təsirinin forması ilə əlaqələndirilir. Anlayışlar eksperimentalistlərə real vaxtda görünməz qalan transformasiyalar üçün simulyasiya edilmiş şablonlar təqdim etməklə maddi sistemlərdən məlumatları şərh etməyə kömək edə bilər.

“Mümkün laboratoriya təcrübələri, gördüyümüz fərqli keçid yollarını təkrarlamaq üçün hissəciklərin qarşılıqlı təsirini tənzimləmək üçün nəzərdə tutula bilər” dedi Pan, əvvəlki tədqiqatların hidrodinamikanın yumşaq materiallar üçün yol seçimində rol oynaya biləcəyini təklif etdiyini əlavə etdi.

Ətraflı məlumat: Hillari Pan və başqaları, Qısa məsafəli qarşılıqlı təsirlərlə diktə edilən bərk-bərk faza keçidlərinin kinetik yolları, Milli Elmlər Akademiyasının əsərləri (2025). DOI: 10.1073/pnas.2507403122

Jurnal məlumatı: Milli Elmlər Akademiyasının Materialları 

Cornell Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir