Các thử nghiệm sốc siêu thanh cho thấy kim loại yếu đi dưới tốc độ cực cao

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Cornell đã lật ngược một nguyên tắc lâu đời trong khoa học vật liệu được biết đến với tên gọi định luật Hall–Petch, theo đó kim loại trở nên cứng hơn khi kích thước hạt bên trong giảm. Sử dụng phương pháp thử va chạm vi mô bằng laser để đưa các mẫu đồng đạt tốc độ siêu thanh (trên 761 mph), nhóm nghiên cứu phát hiện rằng, trái với kỳ vọng, kim loại với kích thước hạt nhỏ hơn thực sự mềm đi dưới các tốc độ biến dạng cực đoan này. Các mẫu đồng có hạt lớn hơn thể hiện độ cứng và khả năng tiêu tán năng lượng cao hơn, thách thức quan niệm truyền thống rằng biên giới hạt luôn ngăn cản sự chuyển động của khuyết tật trượt và do đó làm tăng độ bền của kim loại. Nghiên cứu này quy sự đảo ngược này cho hành vi của các khuyết tật trượt — những khuyết tật vi mô chịu trách nhiệm cho sự biến dạng — ở tốc độ biến dạng cực cao. Trong điều kiện bình thường, biên giới hạt cản trở sự chuyển động của khuyết tật trượt, làm tăng độ bền của kim loại. Tuy nhiên, ở tốc độ biến dạng siêu thanh, các khuyết tật trượt tăng tốc đủ để tương tác với các nguyên tử dao động trong mạng tinh thể kim loại, một hiện tượng gọi là lực kéo khuyết tật trượt–phonon, làm thay đổi cơ chế làm cứng. Mặc dù các thí nghiệm tập trung vào đồng, các thử nghiệm sơ bộ trên các kim loại khác cũng...