En la década de 1940, los científicos explicaron por primera vez cómo los materiales pueden deformarse plásticamente por defectos de línea a escala atómica llamados dislocaciones. Estos defectos pueden entenderse como pequeños pliegues de alfombra que pueden mover una parte de un material en relación con la otra sin gastar mucha energíaMuchas aplicaciones técnicas se basan en este proceso fundamental, como la forja, pero también confiamos en el poder de las dislocaciones en nuestra vida cotidiana: en la zona de deformación de los automóviles, las dislocaciones protegen vidas transformando la energía en deformación plástica.una forma de manipular las dislocaciones individuales directamente en la escala atómica, una hazaña solo soñada por los científicos de materiales. Mediante el uso de microscopía electrónica in situ avanzada, los investigadores del grupo del profesor Erdmann Spiecker abrieron nuevas formas de explorar los fundamentos de la plasticidad e informaron sus hallazgosen la revista científica líder Avances científicos .
La interfaz más delgada con defectos
En 2013, un grupo interdisciplinario de investigadores de la FAU descubrió la presencia de dislocaciones en el grafeno bicapa, un estudio innovador que se publicó en la revista Naturaleza Los defectos de la línea están contenidos entre dos láminas de carbono planas, atómicamente delgadas, la interfaz más delgada donde esto es posible. 'Cuando encontramos las dislocaciones en el grafeno, sabíamos que no solo serían interesantes por lo que hacen en el"material específico, pero también que podrían servir como un sistema modelo ideal para estudiar la plasticidad en general", explica el profesor Spiecker. Para continuar la historia, su equipo de dos candidatos a doctorado sabía que solo ver los defectos no sería suficiente: necesitaban unforma de interactuar con ellos.
Banco de trabajo en la nanoescala
Se necesita un microscopio potente para ver las dislocaciones. Los investigadores de Erlangen son especialistas en el campo de la microscopía electrónica y están constantemente pensando en formas de expandir la técnica. 'Durante los últimos tres años, hemos ampliado constantemente las capacidades de nuestro microscopio parafuncionan como un banco de trabajo en la nanoescala ", dice Peter Schweizer." Ahora no solo podemos ver nanoestructuras sino también interactuar con ellas, por ejemplo, empujándolas, aplicando calor o una corriente eléctrica. "En el núcleo de este instrumento hay pequeñasbrazos de robot que se pueden mover con precisión nm. Estos brazos se pueden equipar con agujas muy finas que se pueden mover sobre la superficie del grafeno, sin embargo, se necesitan dispositivos de entrada especiales para un control de alta precisión.
Plasticidad al alcance de la mano
'Los estudiantes a menudo nos preguntan para qué son los gamepads', dice Christian Dolle y se ríe, 'pero, por supuesto, se usan exclusivamente para fines científicos'. En el microscopio donde se realizaron los experimentos, hay muchos instrumentos científicos, ydos controladores de videojuegos. "No se puede dirigir un pequeño brazo robótico con un teclado, se necesita algo que sea más intuitivo", explica Christian. "Se necesita algo de tiempo para convertirse en un experto, pero incluso controlar los defectos de la línea de escala atómica se convierte enposible.'
material a prueba de rasgaduras
Una cosa que sorprendió a los investigadores al principio fue la resistencia del grafeno al estrés mecánico. "Cuando lo piensas, son solo dos capas de átomos de carbono, y presionamos una aguja muy afilada en eso", dice PeterSchweizer. Para la mayoría de los materiales eso sería demasiado, pero se sabe que el grafeno soporta tensiones extremas. Esto permitió a los investigadores tocar la superficie del material con una punta fina de tungsteno y arrastrar los defectos de la línea. "Cuando lo probamos por primera vez,no creíamos que funcionaría, pero luego nos sorprendimos de todas las posibilidades que de repente se abrieron. "Al usar esta técnica, los investigadores pudieron confirmar teorías de larga data sobre interacciones de defectos, así como encontrar otras nuevas". Sin controlar directamentedislocación, ¡no habría sido posible encontrar todas estas interacciones! '
éxito continuo resultante de excelentes instalaciones y colaboración científica
Uno de los factores decisivos para el éxito fue el excelente equipo de FAU y su Centro de Nanoanálisis y Microscopía Electrónica CENEM. 'Sin contar con instrumentos de última generación y el tiempo para probar algo nuevo, esto no hubiera sidoposible ". El profesor Spiecker reconoce las excelentes instalaciones en Erlangen y espera que continúen evolucionando en el futuro." Es importante crecer con nuevos desarrollos y tratar de ampliar las técnicas que tiene disponibles ". Además, la estrecha colaboración interdisciplinaria queFAU es conocido por actuar como un catalizador para el nuevo enfoque. El entorno altamente sinérgico es fuertemente apoyado por la Fundación Alemana de Investigación DFG en el marco de un centro de investigación colaborativo "Alótropos de carbono sintéticos" SFB 953 y el grupo de capacitación en investigación"microscopía in situ" GRK1896: un terreno fértil para otros descubrimientos emocionantes.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Erlangen-Nuremberg . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :