Een fenomeen dat eerder werd waargenomen wanneer onderzoekers de eigenschappen van planeetkernen bij extreme druk simuleren, is nu ook waargenomen in puur titanium bij atmosferische druk. Ketens van atomen vliegen razendsnel rond in de vaste stof.

"Het fenomeen dat we hebben ontdekt, verandert de manier waarop we denken over massatransport in metalen. Het verklaart de eigenschappen van metalen die we hebben, tot nu, niet hebben kunnen begrijpen. Het is te vroeg om te zeggen wat dit in de praktijk betekent, maar hoe meer we weten over hoe materialen in verschillende omstandigheden functioneren, de betere mogelijkheden die we hebben om materialen te ontwikkelen met nieuwe of verbeterde eigenschappen, " zegt Davide Sangiovanni, onderzoeker in de afdeling Theoretische Fysica van LIU en hoofdauteur van een artikel dat is gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven .

Kristal structuur

In vaste materialen zoals metalen, de atomen zijn gerangschikt in een overzichtelijke kristalstructuur, op bepaalde afstanden van elkaar. Diffusie treedt meestal op als geïsoleerde "zeldzame" hoppen van atomen in vacatures (kristaldefecten). Echter, voor sommige materialen, zoals snelle ionengeleiders bij verhoogde temperaturen, of water ("superionisch ijs") en ijzer bij de extreme druk die wordt aangetroffen in planetaire kernen - lange ketens van atomen/ionen kunnen plotseling als een entiteit met verrassend hoge snelheid beginnen te bewegen. Het proces vindt plaats op tijdschalen van picoseconden of nanoseconden, en tast de kristalstructuur niet aan. Het fenomeen wordt soms "gecoördineerde diffusie, "superionische diffusie" of "vloeistofachtige diffusie, " en is beschreven in een aantal theoretische artikelen.

De meest opwindende ontdekking die hij heeft gedaan, echter, samen met collega's van Linköping University en universiteiten in Duitsland en Rusland, is dat dezelfde diffusie kan plaatsvinden in de kubische fase van puur titanium, bij normale atmosfeerdruk en bij een temperatuur onder het smeltpunt.

gecoördineerde diffusie

Titanium, zirkonium en hafnium, die allemaal in Groep IVB van het periodiek systeem staan, hebben verschillende karakteristieke eigenschappen die onderzoekers tot nu toe niet hebben kunnen verklaren.

"In het artikel, we laten zien dat de afwijkende eigenschappen van Groep IVB-metalen in hun kubische structuur afkomstig zijn van gecoördineerde diffusie, waarin de atoomketens door het vaste kristal kronkelen, ", zegt Davide Sangiovanni.