Fémekben fedezték fel a világ legkisebb földrengéseit az ELTE kutatói

A felfedezést az ELTE egyedülálló kísérleti berendezése tette lehetővé, amely képes érzékelni a néhány köbmikrométeres fém mintadarabokból érkező rugalmas hullámokat.

Közel 80 éve Orován Egon, Polányi Mihály és Sir Geoffrey Ingram Taylor egymástól függetlenül ismerték fel, hogy a fémek maradandó alakváltozását vonalszerű rácshibák, ún. diszlokációk hozzák létre. A hibavonalak az alakváltozás során akadályozzák egymás mozgását, ez pedig az anyagban akadozó deformálódást, lavinaszerű viselkedést eredményez.

A lavinajelenségek során energia szabadul fel, melynek jelentős része, a földrengésekhez hasonló módon, rugalmas hullámok formájában távozik. Ez az ún. akusztikus emisszió jelensége

– magyarázza Ispánovity Péter Dusán, az ELTE Anyagfizikai Tanszék adjunktusa, a kutatócsoport vezetője.

A jelenséget mikroszkopikus méretű mintadarabokon figyelhetjük meg legkönnyebben, mivel ezekben kevés hibavonal található. Éppen ezért az ELTE Mikromechanika és Multiskálás Modellezés Kutatócsoportja együttműködésben a prágai Károly Egyetem munkatársaival néhány mikrométer méretű cink egykristály oszlopokat készített fókuszált ionsugaras technikával. Ehhez a Központi Kutató és Ipari Kapcsolatok Centrum pásztázó elekronmikroszkópját vették igénybe. Az így előállított mikrooszlopokat a mikroszkóp vákuumkamrájában összenyomták, hogy a folyamatot vizuálisan is követhessék.

A kísérletek zömét Ugi Dávid, az Anyagfizikai Tanszék doktorjelöltje végezte:

Rendkívül összetett kísérletekről van szó, melynek során össze kellett hangolnunk a nanométeres pontosságú manipuláló eszközt az akusztikus jelek érzékelésére szolgáló detektorral, mindezt az elektronmikroszkóp vákuumkamrájában. Ennek a komplex mérésnek az elvégzésére jelen pillanatban az egész világon csak a mi laboratóriumunkban van lehetőség.

A csatolt videón egy mikrooszlop összenyomása látható. Mivel a detektált akusztikus jelek az ultrahang tartományába esnek (így az emberi fül számára nem érzékelhetőek), a kutatók ezeket hallhatóvá tették. A hangjelek puszta detektálása már önmagában is figyelemre méltó eredmény, hiszen korábban nem sikerült direkt kapcsolatot teremteni a hangjelek és az azokat kiváltó deformációs folyamatok között. A kutatók azonban az akusztikus jelekből további fontos következtetéseket is levontak.

Megállapították ugyanis, hogy a deformációs események ugyanúgy viselkednek, mint a földrengések: a méretük eloszlását a szeizmológiában jól ismert egyetemes Gutenberg–Richter-törvény írja le, és a miniatűr földrengéseket számos elő- és utórengés is övezi.

Eredményeink gyakorlati jelentősége is nagy, hiszen a világon elsőként sikerült közvetlen kapcsolatot teremtenünk a mért akusztikus jelek és az azokat kiváltó deformációs mechanizmus között, az akusztikus jeleket pedig számos ipari alkalmazásban használják anyaghibák keresésére, valamint a szerkezeti anyagok állapotának vizsgálatára 

– mondja Ispánovity Péter Dusán.

Groma István, az Anyagfizikai Tanszék professzora hozzátette: „A kutatás egészen új távlatokat nyit a területen, hiszen a jövőben a módszer számos különböző anyag esetén is alkalmazható. A tanszéken kifejlesztett deformációs platform, amellyel a mikrooszlopok összenyomását végezték, minden szempontból felveszi a versenyt a piacon elérhető hasonló eszközökkel, sőt bizonyos tekintetben túl is szárnyalja azokat.”

A kutatást az ELTE Anyagtudományi Kiválósági Programja támogatta, az eredményeket a Nature Communications folyóirat április 13-án közölte.