Er wordt gezegd dat een zwakke schakel de sterkte van de hele keten bepaalt. Hetzelfde, defecten of kleine scheurtjes in een vast materiaal kunnen uiteindelijk de sterkte van dat materiaal bepalen - hoe goed het verschillende krachten zal weerstaan. Bijvoorbeeld, als er kracht wordt uitgeoefend op een materiaal dat een scheur bevat, grote interne spanningen zullen zich concentreren op een klein gebied nabij de rand van de scheur. Wanneer dit gebeurt, een faalproces wordt gestart, en het materiaal kan beginnen te bezwijken rond de rand van de scheur, die zich dan zou kunnen voortplanten, leidend tot het uiteindelijke falen van het materiaal.

Wat, precies, gebeurt precies rond de rand van de spleet, in het gebied waarin die grote spanningen zijn geconcentreerd? Prof. Eran Bouchbinder van de afdeling Chemische Fysica van het Weizmann Institute of Science, die samen met Dr. Chih-Hung Chen en Prof. Alain Karma van de Northeastern University onderzoek heeft gedaan naar deze vraag, Boston, legt uit dat de processen die in deze regio plaatsvinden universeel zijn - ze vinden op dezelfde manier plaats in verschillende materialen en onder verschillende omstandigheden. "Het meest opvallende kenmerk dat we ontdekten, " zegt prof. Bouchbinder, "is de niet-lineaire relatie tussen de sterkte van de krachten en de respons die plaatsvindt in het materiaal naast de scheur. Dit niet-lineaire gebied, die de meeste studies over het hoofd zien, is eigenlijk van fundamenteel belang om te begrijpen hoe scheuren zich voortplanten. Met name, het is nauw verwant aan instabiliteiten die scheuren kunnen veroorzaken om zich langs golvende banen te verspreiden of te splijten, terwijl je zou verwachten dat ze gewoon in een rechte lijn verder zouden gaan."

Door de krachten te onderzoeken die aan de rand van de scheur spelen, Prof. Bouchbinder en zijn collega's ontwikkelden een nieuwe theorie – onlangs gepubliceerd in Natuurfysica – die onderzoekers in staat zullen stellen te begrijpen, berekenen, en voorspellen de dynamiek van scheuren onder verschillende fysieke omstandigheden. Deze theorie kan belangrijke implicaties hebben voor materiaalfysisch onderzoek en voor het begrijpen van de manieren waarop materialen falen.

Eilanden van zachtheid

Een ander onderwerp verkennen, in een krant die onlangs verscheen in de Proceedings van de National Academy of Sciences van de Verenigde Staten van Amerika ( PNAS ), Prof. Bouchbinder en een groep collega's onderzochten de fundamentele eigenschappen van de "glasachtige toestand" van materie.

De glasachtige toestand kan in een breed scala van materialen voorkomen als hun vloeibare toestand snel genoeg wordt afgekoeld om te voorkomen dat ze een geordende, kristallijne toestand. Glazen zijn dus ongeordend, of amorf, vaste stoffen en omvatten, bijvoorbeeld, raam glas, kunststoffen, rubberachtige materialen, en amorfe metalen. Ook al zijn deze materialen overal om ons heen en vinden ze een enorm scala aan toepassingen, het begrijpen van hun fysieke eigenschappen was buitengewoon uitdagend, verschuldigd, voor een groot deel, tot het gebrek aan hulpmiddelen om hun intrinsiek ongeordende structuren te karakteriseren en te karakteriseren hoe deze structuren de eigenschappen van de materialen beïnvloeden.

Dr. Jacques Zylberg van de groep van Prof. Bouchbinder, Dr. Edan Lerner van de Universiteit van Amsterdam, Dr. Yohai Bar-Sinai van Harvard University (een voormalig PhD-student van Prof. Bouchbinder), en Prof. Bouchbinder vond een manier om bijzonder zachte gebieden in glasachtige materialen te identificeren. Deze "zachte plekken, " die worden geïdentificeerd door de lokale thermische energie over het materiaal te meten, bleken zeer gevoelig te zijn voor structurele veranderingen wanneer er kracht wordt uitgeoefend. Met andere woorden, deze zachte plekken spelen een centrale rol wanneer glasachtige materialen vervormen en onomkeerbaar vloeien onder invloed van externe krachten. De door de onderzoekers ontwikkelde theorie brengt ons dus een stap dichter bij het begrijpen van de mysteries van de glasachtige toestand van materie.