Напряжение и деформация меняют электронную структуру металла
Новое исследование Университета Бирмингема показывает, что электронная структура металлов может сильно влиять на их механические свойства. Исследование, опубликованное в журнале Science, впервые экспериментально демонстрирует, что электронные и механические свойства металла связаны. Ранее теоретически предполагалось, что связь будет, но считалось, что она будет слишком мала, чтобы ее можно было обнаружить в эксперименте.
«Механические свойства обычно описываются в терминах связей между атомами, тогда как электронные свойства металлов описываются состояниями, охватывающими множество атомов», - сказал один из авторов исследования Клиффорд Хикс. «Атомная решетка (термин, используемый для описания расположения атомов) металла и ее механические свойства обычно считаются не зависящими от того, какие электронные состояния заняты, а какие пусты, но в этой работе мы показываем, что это не всегда хорошее предположение».
Исследователи из Бирмингемского университета и Института химической физики твердого тела Макса Планка (Дрезден, Германия) провели эксперименты со сверхпроводящим металлом рутенатом стронция (Sr 2 RuO 4 ).
Измеряя искажение решетки в зависимости от приложенного напряжения, команда обнаружила, что когда Sr 2 RuO 4 сжимается примерно на 0,5%, показатель механической жесткости, известный как модуль Юнга, уменьшается примерно на 10%, а затем увеличивается примерно на 20%. при дальнейшем сжатии материала. Это изменение соответствует занятию нового набора электронных состояний при переходе, который был идентифицирован ранее с помощью электронных, а не механических измерений.
Доктор Хикс сказал: «Хотя измерение зависимости напряжения-деформации в машиностроении является совершенно стандартным, это не то, что делается для изучения электронных свойств. Это связано с тем, что металлы, обладающие интересными электронными свойствами, имеют тенденцию быть хрупкими, что делает их хрупкими. трудно применить большие силы. Кроме того, для значительного изменения электронных свойств обычно требуются большие деформации. В этом эксперименте образцы Sr 2 RuO 4 были сжаты до 1%. Чтобы представить это, представьте себе, что вы берете измерительную линейку, сделанную из гранита и сжимал его до тех пор, пока он не стал длиной 99 см».
Чтобы преодолеть эти препятствия, ученым пришлось создать новые приборы, которые могли бы измерять небольшие и хрупкие образцы и выдерживать криогенные температуры, поскольку электронные измерения более точны при более низких температурах. На планирование и проектирование ушло пять лет.
Это исследование является первым в своем роде. Теперь, когда этот эксперимент завершен на одном материале, ученые стремятся провести аналогичные измерения на других металлах. Версия машины, разработанная для этого проекта, производится британской инжиниринговой компанией, и по мере дальнейшего развития установки она может найти применение при исследовании высокопрочных сплавов.
Этот проект представляет собой пример того, как фундаментальные исследования, основанные на любопытстве, могут привести к созданию новой технологии с практическим применением.
Обсудим?
Смотрите также:
