Az ELTE TTK Anyagfizikai Tanszékén végzett mikromechanikai kísérletek alatt kiderült, hogy a fémek maradandó alakváltozása esetén lejátszódó mikroszkopikus deformációs lavinák példás analógiát mutatnak a földrengésekkel.
Az ELTE információja alapján a felfedezést az egyetem kiváló kísérleti berendezése tette lehetővé, mely képes érzékelni a pár köbmikrométeres fém mintadarabokból érkező rugalmas hullámokat.
Közel 80 éve Orován Egon, Polányi Mihály és Sir Geoffrey Ingram Taylor külön-külön ismerték fel, hogy a fémek maradandó alakváltozását vonalszerű rácshibák, úgynevezett diszlokációk hozzák létre. A hibavonalak – amelyeket a fémek többnyire igen nagy számban tartalmaznak – az alakváltozás alatt akadályozzák egymás mozgását, ez mindazonáltal az anyagban akadozó deformálódást, lavinaszerű viselkedést nyújt.
„A lavinajelenségek alatt energia szabadul fel, melynek tekintélyes hányada – a földrengésekhez hasonló módon – rugalmas hullámok formájában távozik. Ez az úgynevezett akusztikus emisszió jelensége” – indokolja az ELTE közleményében Ispánovity Péter Dusán, az ELTE Anyagfizikai Tanszék adjunktusa, a kutatócsoport vezetője.
A jelenség mikroszkopikus méretű mintadarabokon figyelhető meg a legkönnyebben, mivel ezekben kevés hibavonal felfedezhető. Így az ELTE Mikromechanika és Multiskálás Modellezés Kutatócsoportja együttműködésben a prágai Károly Egyetem munkatársaival egy-két mikrométer méretű cink egykristály oszlopokat kreált fókuszált ionsugaras technikával.
Ehhez a Központi Tudós és Ipari Kapcsolatok Centrum pásztázó elekronmikroszkópját vették igénybe. Az ilyen formában előállított úgynevezett mikrooszlopokat a mikroszkóp vákuumkamrájában összenyomták, hogy a folyamatot vizuálisan is követhessék.
„Túlságosan összetett kísérletekről van szó, melynek esetén össze kellett hangolnunk a nanométeres pontosságú manipuláló eszközt az akusztikus jelek érzékelésére szolgáló detektorral, mindezt az elektronmikroszkóp vákuumkamrájában” – közölte Ugi Dávid, az Anyagfizikai Tanszék doktorjelöltje. „Ennek a komplex mérésnek az elvégzésére jelen pillanatban a Földön mindenfelé csak a mi laboratóriumunkban van sansz” – tette hozzá.
Mivel a detektált akusztikus jelek az ultrahang tartományába esnek (ezáltal az emberi fül részére nem érzékelhetőek), a tudósok ezeket hallhatóvá tették. Az információ alapján a hangjelek puszta detektálása már önmagában is figyelemreméltó eredmény, mivel ezelőtt nem sikerült direkt kapcsolatot teremteni a hangjelek és az azokat kiváltó deformációs folyamatok közt. A szakemberek viszont az akusztikus jelekből újabb jelentős következtetéseket is levontak. Megállapították, hogy a deformációs események ugyanúgy viselkednek, mint a földrengések: a méretük eloszlását a szeizmológiában széles körben elterjedt egyetemes Gutenberg-Richter törvény írja le, és a miniatűr földrengéseket nagyszámú elő- és utórengés is veszi körbe.
„Ha igencsak eltérő fizikai rendszerek némely állapotok közt azonos viselkedést mutatnak, az univerzalitás jelenségének példájával állunk szemben. Az eredményeket erősíti, hogy a kísérletileg kapott viselkedést egyszerűsített modellrendszeren végzett numerikus szimulációkkal is sikerült reprodukálni” – összegezték.
„Eredményeink gyakorlati jelentősége is nagy, ugyanis a világon elsőként sikerült közvetlen kapcsolatot teremtenünk a mért akusztikus jelek és az azokat kiváltó deformációs mechanizmus közt, az akusztikus jeleket mindazonáltal nagyszámú ipari alkalmazásban használják anyaghibák keresésére, továbbá az eszközi anyagok állapotának vizsgálatára” – indokolja Ispánovity Péter Dusán.
Groma István, az Anyagfizikai Tanszék professzora kijelentette még: „A kutatás egészen új távlatokat nyit a tartományban, mert a következő években a módszer nagyon sok eltérő anyag során is alkalmazható.
A kutatást az ELTE Anyagtudományi Kiválósági Programja támogatta, az eredményeket a Nature Communications című folyóirat április 13-án közölte.
mti