Door bewust de volgorde van materialen te doorbreken - door verschillende atomen in metaal of nanodeeltjes in vloeibare kristallen te introduceren - kunnen we nieuwe kwaliteiten induceren. Bijvoorbeeld, metaallegeringen zoals duraluminium, die is samengesteld uit 95% aluminium en 5% koper, zijn meestal harder dan de zuivere metalen. Dit komt door een elastische interactie tussen de defecten van het kristal, dislocaties genoemd, en de opgeloste atomen, die de zogenaamde Cottrell-wolken om hen heen vormen. In zulke wolken, de concentratie van opgeloste atomen is hoger dan de gemiddelde concentratie in het materiaal.

In een paper gepubliceerd in EPJ E , Patrick Oswald van de École Normale Supérieure van Lyon, Frankrijk, en Lubor Lejček van de Tsjechische Academie van Wetenschappen hebben nu theoretisch de statische en dynamische eigenschappen van de Cottrell-wolken berekend, die zich rond randdislocaties vormen in lamellaire vloeibare kristallen van de smectische A-variëteit versierd met nanodeeltjes. Dit werk kan belangrijk zijn, bijvoorbeeld, in het kader van het verbeteren van de smeerprestaties van dergelijke vloeibare kristallen.

De Cottrell-wolken zijn moeilijk te bestuderen in vaste materialen, en nog meer wanneer de dislocaties in beweging zijn. Dit is niet het geval in een smectische A vloeibare kristallen gedoteerd met gouden nanodeeltjes waar de Cottrell-wolken zichtbaar zijn onder een eenvoudige optische microscoop. In aanvulling, de dichtheid van dislocaties kan experimenteel worden gecontroleerd in deze materialen, waardoor de dislocatiemobiliteit direct kan worden gemeten. Een recent experiment toonde aan dat het afneemt naarmate de concentratie nanodeeltjes toeneemt. Dit leidt tot een verharding van het materiaal, zeer vergelijkbaar met wat wordt waargenomen in metaallegeringen.

Wanneer de dislocaties langzaam bewegen, de Cottrell-wolken van nanodeeltjes worden meegesleurd door de dislocaties, waardoor hun mobiliteit afneemt. In dit onderzoek, de auteurs demonstreren een formule die eerder werd gebruikt om de mobiliteit van dislocaties in de aanwezigheid van Cottrell-wolken te benaderen. Vervolgens voeren ze een numerieke simulatie van het probleem uit om te bestuderen hoe de Cottrell-wolk erodeert wanneer de dislocatie met hoge snelheid beweegt.