להקשיב לחומרים

עקיבה אחר תנועת גבול תאומים בסקאלות ננומטריות ומיקרו-שניות

פרופ' דורון שילה

פרופ' דורון שילה

שיתוף פעולה בין חוקרים מהטכניון ומאוניברסיטת דברצן בהונגריה הוביל לפיתוח שיטת ניסוי חדשה אשר מאפשרת מעקב אחר תנועת גבול תאומים בסקאלות גודל ננומטריות וסקאלות זמן של מיקרו-שניות. המחקר שהתפרסם ב-Advanced Functional Materials נערך בהובלת פרופ' דורון שילה והדוקטורנט אמיל ברונשטיין מהפקולטה להנדסת מכונות ופרופ' רונן טלמון מהפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע"ש ויטרבי.

תנועת גבול תאומים (twin boundary) שולטת במנגנון דפורמציה נפוץ ביותר הנקרא twinning. מנגנון זה מצוי במגוון גדול של חומרים (לדוגמא, מגנזיום וטיטניום) ומשפחות של חומרים (לדוגמא, סגסוגות זוכרות צורה, גבישים מינרלים וחומרים פרואלקטריים). לכן, להבנת התנהגות גבול התאומים יש חשיבות מדעית גדולה והשפעה ישירה על הבנת התגובות האלקטרו/מגנטו/תרמו-מכניות של החומרים לעיל ורבים אחרים.

עד כה היה מקובל לחשוב שכאשר החומר מועמס בקצב מהיר (למשל על ידי הפעלת פולס חשמלי חזק ומהיר), גבול התאומים נע באופן רציף במהירות המוכתבת על ידי גודל העומס החיצוני. לעומת זאת, כאשר החומר מועמס בקצב איטי (למשל על ידי לחיצה איטית), תנועת גבול התאומים אינה רציפה, והיא מאופיינת ברגעים קצרים בהם הגבול מתקדם מהר ובזמנים ממושכים בהם הגבול סטטי. הקשר בין ההתנהגויות השונות לא נידון, על אף שמדובר באותה תופעה.

הדוקטורנט אמיל ברונשטיין

הדוקטורנט אמיל ברונשטיין

פרופ' רונן טלמון

פרופ' רונן טלמון

החוקרים פיתחו מערכת ניסוי חדשה אשר מאפשרת עקיבה ישירה אחר גבול התאומים באמצעות מדידה של שינויי הדיפולים המגנטיים בחומר. המערכת שפותחה מצליחה לעקוב אחר הגבול במהלך אירועים האורכים מיקרו-שניות (מיליוניות השנייה) ובעלי גודל אופייני של  ננומטרים, ובכך לספק מדידות ישירות אודות תנועתו בסקאלות גודל וזמן שלא נראו עד כה. ניתוח תוצאות הניסוי הצביעו לראשונה על התנהגות דומה של גבול התאומים בתנאי עמיסה איטיים ומהירים, והוצעה תיאוריה המסבירה את מקור ההתנהגות שנצפתה ומקשרת בין הניסויים האיטיים למהירים. לממצאים אלו הן חשיבות מדעית בסיסית והן פוטנציאל לשיפור אקטואטורים (מנועים) המבוססים על תופעה זאת.

כעת, החוקרים עובדים על פיתוח שיטות מבוססות למידת מכונה לניתוח נתונים מדודים, שיאפשרו לבצע מחקרים דומים במגוון גדול של חומרים ותופעות ובזמני ניתוח קצרים.

לקריאת המחקר המלא – לחצו כאן